Фамилия Мартяковы (в мужском варианте — Мартяков) образована по самой распространённой в русской ономастике модели: от прозвища или имени с помощью патронимического суффикса -ов. Суффикс указывает на принадлежность: Мартяков буквально значит «сын Мартяка». Это типичная русская фамилия, хотя её основа, скорее всего, не славянского происхождения.

Прозвище Мартяк (в «якающих» говорах оно звучало как Мартяк) могло возникнуть из разных источников. Наиболее вероятная версия связывает его с чувашским словом «мартак» — «хрупкий, ломкий, легко бьющийся». В этом случае Мартаком называли хилого, слабого человека. В переносном смысле то же слово могло означать «непостоянный, капризный» — такое прозвище давали человеку с переменчивым нравом.

Есть и другая версия: прозвище Мартак могли дать ребёнку, родившемуся в марте. Название месяца восходит к имени древнеримского бога войны Марса, и в народной традиции мартовские дети нередко получали прозвища, отсылающие к календарю. Если это так, то фамилия Мартяков — одна из «календарных» русских фамилий, образованных от нецерковных имён-прозвищ по месяцу рождения.

О точном месте и времени возникновения фамилии сейчас говорить сложно: процесс формирования фамилий у разных сословий шёл не одновременно, а прозвище Мартак могло закрепиться в разных регионах независимо. Тем не менее, фамилия Мартяковы — интересный пример того, как в основе русской фамилии может лежать слово из другого языка (чувашского) или бытовое прозвище, связанное с народным календарём.