Фамилия Мартынеев — пример настолько редкой словообразовательной модели, что её происхождение не лежит на поверхности даже для специалиста. В отличие от массовых Мартыновых и Мартыненко, эта фамилия почти не встречается в современных базах данных, и её ареал, скорее всего, ограничен одним-двумя регионами или даже отдельными родами.

С точки зрения морфологии, перед нами патроним (фамилия, образованная от имени отца) с суффиксом -еев. Этот суффикс в русской ономастике встречается реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин. Обычно он появляется, когда основа имени оканчивается на -ей или -ий: например, Андреев, Тимофеев. В случае с Мартынеев основой послужило имя Мартын (каноническая церковная форма Мартин, от латинского Martinus — «посвящённый Марсу»). Но почему не Мартынов или Мартыненко? Ключ — в промежуточной форме.

Вероятнее всего, фамилия Мартынеев образована не напрямую от имени Мартын, а от его производной, обиходной формы — Мартыней. В русских говорах, особенно на северо-западе и в Поволжье, имена часто смягчали или добавляли суффиксы субъективной оценки: Мартын превращался в Мартыню, Мартыня, а отчество от такой формы звучало бы как «Мартынеев сын» — то есть сын Мартынея. Это типичный случай, когда фамилия застыла в виде притяжательного прилагательного от уменьшительного или разговорного варианта имени.

Если же предположить, что в основе лежит не имя, а прозвище, то «Мартыней» могли называть человека, имевшего отношение к птице мартын (так в некоторых диалектах именуют чайку или другую водоплавающую птицу). Однако эта версия менее убедительна: прозвища от названий птиц обычно давали по внешности или повадкам (Мартын Гусь, Мартын Чайка), а суффикс -ей в прозвищах встречается редко.

Социальный контекст фамилии Мартынеев — почти наверняка крестьянское или мещанское происхождение. В дворянских родах такие редкие суффиксальные формы не фиксируются. Фамилия могла возникнуть в среде, где фамилии ещё не устоялись и записывались «на слух» местным писарем, который и зафиксировал местный говор: не «Мартынов», а именно «Мартынеев», как слышал.

Единственное, что можно сказать с уверенностью: носитель фамилии Мартынеев — потомок человека по имени Мартын, но не прямого, а через ласкательное или обиходное именование. Такая фамилия — редкий лингвистический артефакт, сохранивший живую народную речь XVIII–XIX веков, когда от имени Мартын в одной деревне могли появиться Мартыновы, Мартыненковы и Мартынеевы, и все они — родственники, но с разной историей записи.