Фамилия Мартынкин — один из примеров того, как в русской ономастике просторечная форма имени закрепилась в качестве родового прозвища. В основе фамилии лежит имя Мартынка — уменьшительно-обиходный вариант канонического имени Мартин. Имя это латинского происхождения и восходит к слову Martinus — «посвящённый Марсу», что в переносном смысле означало «воинственный». В христианской традиции имя прославил святой Мартин Милостивый: в молодости он был римским воином, но позже принял монашество, стал епископом Турским и прославился делами милосердия. Таким образом, потомок человека, которого в быту звали Мартынкой, со временем получил фамилию Мартынкин.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия Мартынкин следует продуктивному для русской ономастики типу: основа (имя Мартынка) плюс притяжательный суффикс -ин. Суффикс указывал на принадлежность «чей?» — «сын Мартынки» или «человек из рода Мартынки». Такая модель особенно характерна для северных и центральных регионов России, где фамилии на -ин встречаются чаще, чем на -ов. Интересно, что полная форма имени Мартин в русской традиции дала фамилии Мартинов и Мартынов, а вот форма Мартынка — более редкая и просторечная, что указывает на невысокое социальное происхождение первого носителя: скорее всего, это был крестьянин или посадский человек, чьё имя в документах записали в уменьшительной форме.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, Мартынкин стоит в одном ряду с Мартыненко (украинская модель) и Мартынчик (западнорусская или белорусская). Но именно суффикс -ин выдаёт великорусское происхождение и, вероятно, региональную привязку к тем областям, где было распространено именно это произношение имени — с ударением на первый слог и твёрдым «ы». Фамилия не относится к числу дворянских или широко известных, но её носители встречаются в исторических документах — например, в переписных книгах XVII века по Рязанскому краю упоминаются крестьяне Мартынкины. Это лишний раз подтверждает, что фамилия возникла в крестьянской среде и сохранила архаичную народную форму имени.