Фамилия Замотьянов — редкий случай, где ключ к разгадке лежит не в прозвище или профессии, а в географическом названии. В основе лежит топоним Замотьяново или подобный ему. Такие названия обычно указывали на положение поселения: «за Мотьяном» (рекой, оврагом или урочищем Мотьян). Корень «Мотьян» — это, скорее всего, народная форма имени Матвей (в диалектах — Матюха, Мотька, Мотя). В говорах звук «т» мог смягчаться, давая форму «Мотьян» (как Иван — Ивань, Степан — Степьян). Соответственно, «за Мотьяном» — за владением или домом человека по имени Мотьян (Матвей).

Суффикс -ов- типичен для русских фамилий, образованных от названий селений: крестьянин из Замотьянова становился Замотьяновым. Модель простая: село (Замотьяново) → житель (Замотьянов). В отличие от фамилий, напрямую произведённых от прозвища (например, Замотаев), здесь первичен именно топоним. Прямых аналогов с корнем «за-» и именем Мотьян мало, что подтверждает локальный, «гнездовой» характер фамилии — она могла возникнуть в одном-двух сёлах и распространиться оттуда.

Менее вероятна, но возможна версия, что основа — не имя, а забытое прозвище «Мотьян» (от глагола «мотать» — неустойчивый, ветреный человек). В этом случае фамилия означала бы «сын того, кто живет за Мотьяном» (за человеком с таким прозвищем). Однако топонимическая версия убедительнее: суффикс -ов- у фамилий от прозвищ обычно присоединяется напрямую (Мотьянов), а приставка «за-» в прозвищных фамилиях встречается реже и чаще указывает на место (Замотаев — тот, кто замотал, а не «за Мотаем»).

В писцовых книгах и ревизских сказках фамилия не зафиксирована широко, что говорит о её позднем оформлении (XVII–XVIII века) или о бытовании в малонаселённой местности. Носители фамилии — потомки крестьян или однодворцев из поселения, которое, вероятно, не сохранилось или сменило название. Сейчас фамилия встречается рассеянно, без выраженного регионального ядра, что типично для редких топонимических фамилий, потерявших связь с исходной точкой.