Фамилия Мартяшкина — вариант женской формы от Мартяшкин, и её основа не так проста, как кажется на первый взгляд. На слух она воспринимается как производная от имени Мартин или Мартын, но на деле здесь сработала народная переделка. В русских говорах имя Мартин (от латинского Martius — «посвящённый Марсу», богу войны) нередко упрощали: Мартин превращался в Мартю, Мартя, отсюда и уменьшительная форма Мартяшка. Суффикс -к- в таких именованиях указывал на ласкательное или обиходное обращение, а затем закрепился в фамилии. Таким образом, Мартяшкин — буквально «сын Мартяшки», то есть потомок человека, которого в быту звали Мартяшкой.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с диалектным словом «мартяшка» — так в некоторых регионах называли ранний весенний лёд или непрочный наст (от марта, первого весеннего месяца). Прозвище Мартяшка могли дать человеку, родившемуся в марте, или тому, кто отличался нравом, сравнимым с капризной весенней погодой. Однако эта гипотеза слабее: основная масса русских фамилий на -ин образована от личных имён и прозвищ, а не от календарных терминов.

Географически фамилия редкая и тяготеет к центральным и поволжским областям России. Встречается она и в документах XIX века среди крестьян и мещан, что типично для фамилий, образованных от просторечных форм имён. В отличие от фамилий на -ов/-ев, модель на -ин (Мартяшкин) чаще указывала на принадлежность к конкретному человеку: «чей?» — Мартяшкин, то есть из рода того самого Мартяшки. Сейчас носительницы фамилии Мартяшкина могут столкнуться с тем, что её путают с более распространённой Мартышкиной, но этимологически это разные линии: Мартышкин восходит к имени Мартын, а Мартяшкин — к его разговорной версии Мартя.