Фамилия Мартынатов — редкий пример отчества, образованного не напрямую от имени, а от прозвища или уменьшительной формы. В основе лежит имя Мартын (каноническая форма Мартин, от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). Но если бы фамилия появилась по стандартной модели, мы бы получили Мартынов или Мартышин. Здесь же работает суффикс -ат, который в русских фамилиях встречается нечасто и обычно указывает на принадлежность к группе или коллективу: «из рода Мартынатов», то есть потомков человека, которого звали не просто Мартын, а, скажем, Мартына́т.

Сам суффикс -ат характерен для западнорусских и украинских земель, где он мог означать либо «сын Мартына» (как в польском -owicz), либо давать прозвище человеку с чертами, напоминающими имя: «похожий на Мартына». Вторая версия — что Мартынат было уличным прозвищем, которое закрепилось за родом. В любом случае, финальное -ов превращает это прозвище в типичное русское отчество: «чей? — Мартынатов».

Географически фамилия тяготеет к южным и центральным регионам России, а также к бывшим территориям Речи Посполитой. Встречается в Белгородской, Курской, Воронежской областях, реже — на Урале. Редкость суффикса делает Мартынатовых немногочисленными: носителей меньше тысячи, и фамилия почти не встречается за пределами России.

С точки зрения социального происхождения, Мартынатовы — почти наверняка крестьянский род. Фамилии с суффиксом -ов, образованные от прозвищ на -ат, фиксировались в основном у однодворцев и государственных крестьян, а не у дворян. Дворянские роды обычно имели более «книжные» окончания (-ский, -цкий) или сохраняли прямую форму без суффикса. Так что предки современного Мартынатова, скорее всего, были вольными хлебопашцами или служилыми людьми «по прибору» на южных рубежах.

Интересно, что в некоторых документах XIX века фамилию писали через «о» — Мартынатов, но встречается и вариант Мартынатовъ с твёрдым знаком. Из-за редкости корня фамилию иногда путают с Мартыненков (украинская модель) или Мартынцев (от Мартынец). Но Мартынатов стоит особняком: это не просто «сын Мартына», а «внук Мартыната» — цепочка, в которой сохранилось прозвище, уже почти забытое.