Фамилия Мартяшовы (в мужском роде — Мартяшов) образована от имени собственного и относится к распространённому типу русских фамилий. Её основа — имя Мартяш, народная форма канонического имени Мартин. В переводе с латыни Мартин означает «посвящённый Марсу» или «воинственный». На Руси это имя давали в честь нескольких святых, среди которых особенно почитали святого Мартина Милостивого — бывшего римского воина, ставшего епископом Турским, и папу Мартина Исповедника, пострадавшего за веру и умершего в ссылке в Крыму в VII веке.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная: к основе Мартяш- добавили фамильный суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?»). Таким образом, Мартяшов — это «сын Мартяша» или «потомок Мартяша». Встречаются и однокоренные фамилии: Мартынов (от полной формы имени), Мартянов, Мартякин, Мартюшев. Форма Мартяшов отличается от них суффиксом -яш-, который в народных вариантах имён часто передавал уменьшительно-ласкательный или обиходный оттенок.

Географически фамилия Мартяшовы тяготеет к регионам, где были сильны традиции народных форм церковных имён: Поволжье, Урал, северные области России. В некоторых говорах имя Мартин звучало как Мартя, Мартяш, отсюда и пошла эта ветвь. О точном месте и времени возникновения фамилии сейчас говорить сложно — процесс становления фамилий был длительным и шёл в разных слоях населения неравномерно. Однако ясно, что предки современных Мартяшовых были людьми православными, носившими крестильное имя в его бытовой, разговорной версии.