Фамилия Мартюнин — яркий пример того, как простое, на первый взгляд, имя обрастает семейными суффиксами, превращаясь в родовое прозвание. Её основа — крестильное имя Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», то есть богу войны). В русском быту это имя приобрело народные, «облегчённые» формы: Мартя, Мартуня или Мартюня. Именно от последней, Мартюня, и пошла фамилия с помощью стандартного патронимического суффикса -ин, указывающего на принадлежность: «чей сын?» — Мартюнин.

Ключевая особенность этой фамилии — её суффиксальная модель. В отличие от более массовых фамилий на -ов (Мартынов, Мартинов), суффикс -ин в русской ономастике традиционно прикреплялся к основам, оканчивающимся на -а или -я. Мартюня дало Мартюнин — по тому же принципу, что Илья → Ильин, Кузьма → Кузьмин. Это не просто грамматическая деталь, а маркер того, что фамилия образована от ласкательного или обиходного варианта имени, а не от полной церковной формы. Если бы предка звали просто Мартын, мы бы имели фамилию Мартынов. А Мартюнин — это фамилия «домашнего» круга, указывающая на то, что родоначальника в семье и в деревне звали именно Мартюня.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России, где суффикс -ин особенно распространён, а также встречается на Урале. Встречаемость её невысока, что говорит о локальном, возможно, даже одно-двухдеревенском происхождении. Сословно носители фамилии почти наверняка были крестьянами или посадскими людьми, поскольку дворянские роды с таким окончанием — редкость, и они, как правило, имеют другую этимологию.

Стоит отметить, что существует и редкая, но возможная версия происхождения от прозвища Мартюня, данного человеку, родившемуся или крещёному в марте. Однако в русской антропонимике прозвища от названий месяцев встречаются реже, чем производные от имён, поэтому версия с каноническим Мартином остаётся основной. Встречаются также варианты написания Мартю́нин с ударением на второй слог, что свойственно некоторым говорам, и Мартюни́н — с ударением на последний, что может указывать на украинское или белорусское влияние.