Фамилия Шантаймартышкин — один из самых экзотических и редких примеров русской фамильной номенклатуры. Она явно сложена из двух корней: «шантай» и «мартышк(а)». Если с мартышкой всё относительно ясно (обезьяна, причём в переносном смысле — кривляка или шалун), то «шантай» — слово тюркского происхождения, означающее «радость, веселье, шумное гулянье» (ср. татарское «шанлы» — славный, весёлый). Скорее всего, прозвище Шантаймартышка дали человеку, который на праздниках (шантай) кривлялся, паясничал, изображал обезьяну — этакий деревенский скоморох или балагур. Вторая версия, менее вероятная: «шантай» могло быть искажённым «шантан» (от фр. chantant — поющий), но для русской глубинки XVIII–XIX веков это маловероятно.

Модель образования — суффикс -ин, который в русских фамилиях указывает на принадлежность: «чей?» — Шантаймартышкин, то есть сын или потомок Шантаймартышки. Обычно такие фамилии давали по прозвищу отца, которое со временем закрепилось за семьёй. Учитывая составную основу, можно предположить, что прозвище возникло в среде, где был силён тюркский языковой фон (Поволжье, Приуралье, южные губернии), а затем фамилия «обрусела» через суффикс.

Географически фамилия почти не встречается в современных базах данных — это штучный, возможно, единичный случай. В дореволюционных переписях такие составные прозвища иногда давали беглым крестьянам, ссыльным или солдатам, которые получали кличку за яркую внешность или поведение. Сословно, скорее всего, крестьянское или мещанское: дворянские фамилии так не строили.

Однокоренных фамилий нет, но можно провести параллель с более простыми «Мартышкин» или «Мартынов» (от имени Мартын). Шантаймартышкин стоит особняком — это не столько фамилия, сколько застывшая характеристика предка, который, видимо, запомнился округе как «весёлая обезьяна» на гуляньях.