Фамилия Мартымьяно — довольно редкий случай в русском ономастиконе, и её разговор начинается не с корня, а с суффикса. Окончание «-о» в русских фамилиях обычно указывает на украинское или белорусское происхождение (типа Коваленко, Тимошенко), но здесь оно, скорее всего, результат адаптации на русской почве. Основа фамилии — календарное имя Мартемьян (церковная форма Мартиниан, от латинского Martinianus — «принадлежащий Марсу» или «посвящённый Марсу»). В народном произношении имя упростилось: ударение сместилось, «е» перешло в «ы» (явление «ыканья»), и появилось «Мартымьян».

Фамилия образована по типичной модели «имя + суффикс принадлежности». Но какой именно суффикс? Если бы это была русская фамилия, мы бы ждали Мартемьянов или Мартынов. А здесь — Мартымьяно. Суффикс «-ян(о)» характерен для южнорусских и украинских говоров, где он мог передавать значение «чей-то сын» или «потомок». То есть Мартымьяно — это не «принадлежащий Мартымьяну», а скорее «сын Мартымьяна». В украинской традиции фамилии на «-о» часто закреплялись без дополнительного «-в», особенно если носитель был из крестьянской или казацкой среды.

Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины. Встречается в Курской, Белгородской, Воронежской областях, а также в бывших казачьих областях — на Кубани и Дону. Там имя Мартемьян было распространено, и от него пошли параллельные фамилии: Мартемьянов, Мартынов, Мартынченко. Мартымьяно — самый редкий и локальный вариант, который мог закрепиться в одном селе или роде, где имя произносили именно так.

Спорных версий здесь почти нет. Единственная альтернатива — связь с греческой фамилией Мартимиано (от Мартимиан), но для русского уха она маловероятна: слишком просто имя «Мартымьян» объясняется через живые диалектные процессы. Если ваш предок носил эту фамилию, он, скорее всего, был крестьянином или казаком из чернозёмной полосы, а его отца или деда звали Мартымьяном — человеком, чьё имя восходит к римскому родовому имени Мартиний, но в русской избе звучало по-свойски, с «ы» и мягким знаком.