Фамилия Мартюшина образована от имени Мартюша — уменьшительной формы канонического имени Мартин (или Мартын). Латинское Martinus переводится как «посвящённый Марсу», а в переносном смысле — «воинственный». На Руси это имя было известно благодаря двум святым: Мартину Исповеднику, римскому папе, сосланному в Крым в VII веке за защиту православия, и Мартину Милостивому — бывшему воину, ставшему епископом Турским. Имя Мартын в народной среде часто сокращали: Мартюша, Мартя, Мартуня — и именно из этой обиходной формы и выросла фамилия.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Мартюшин — «сын Мартюши». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён, прозвищ или профессий, оканчивающихся на -а или -я. Скорее всего, основатель рода был человеком простого сословия — крестьянином или ремесленником, поскольку уменьшительные имена были распространены именно в низших слоях общества, а полные церковные формы чаще использовали дворяне и духовенство.

Фамилия встречается в документах разных регионов. В Книге памяти Республики Татарстан записан Мартюшина Антон Степанович, родившийся в 1873 году в селе Малый Толкиш Чистопольского района. Это указывает на бытование фамилии в Поволжье, в зоне расселения русских крестьян и переселенцев. Встречается она и в других областях, но без массовой концентрации в одном районе — это редкая фамилия, не входящая в топ-1000 по частотности.

Стоит обратить внимание на вариант написания: иногда фамилию путают с Мартюшевым (от Мартюш) или Мартыновым (от полной формы имени). Но Мартюшина — именно от «Мартюша», с суффиксом -ин, что отличает её от патронимов на -ов/-ев. В старых переписях могли записать как «Мартюшинъ», с твёрдым знаком на конце, что характерно для дореволюционной орфографии.

Таким образом, фамилия Мартюшина — типичный пример русского патронима, образованного от простонародной формы имени Мартин. Её носители — потомки человека по прозвищу Мартюша, вероятно, крестьянина или посадского, жившего в центральной России или Поволжье.