Фамилия Мартынцовы — яркий пример того, как русская фамилия может сохранить в себе не только имя, но и редкую словообразовательную модель. В отличие от более привычных Мартыновых или Мартыненко, здесь мы видим суффикс -цов, который указывает на форму Мартынец. Это уменьшительное или обиходное прозвище от канонического имени Мартин. В переводе с латыни «Мартин» означает «посвященный Марсу» или «воинственный», так что предок носителей этой фамилии, скорее всего, был человеком с боевым характером или просто носил распространенное в святцах имя.

Фамилия строится по цепочке: имя Мартин → его производная форма Мартынец → и уже от неё, через притяжательный суффикс -ов, образовалось «Мартынцов». Буквально это означает «сын Мартынца» или «потомок того, кого звали Мартынец». Такая модель встречается реже, чем стандартные отчества на -ов, поэтому фамилия Мартынцовы выделяется на фоне однокоренных.

Точное время и место возникновения фамилии установить сложно — процесс закрепления фамилий в разных слоях населения шёл неравномерно. Однако можно предположить, что фамилия закрепилась в среде, где была распространена именно форма имени «Мартынец»: возможно, в северных или центральных говорах, где любили уменьшительно-ласкательные варианты. Сейчас фамилия встречается нечасто, что делает её ценным памятником славянской антропонимии — она сохранила ту ступень словообразования, которая у многих других фамилий была утрачена или заменена более стандартным суффиксом.