Фамилия Ахтомянова — яркий пример того, как в русской ономастике переплелись тюркские корни и славянская модель словообразования. Сразу бросается в глаза необычное для русского уха сочетание звуков «хт» в начале, что почти наверняка указывает на заимствованную основу. Фамилия образована по стандартной русской патронимической модели: к основе, восходящей к личному имени или прозвищу, добавился суффикс -ов, а затем фамилия была «оформлена» женским окончанием -а (в случае, если речь идет о женщине). Мужской вариант — Ахтомянов.

В основе лежит, скорее всего, тюркское мужское имя Ахтам или Ахтян. Имя Ахтам (вариант — Ахтем) имеет арабские корни и переводится как «острейший», «проницательнейший». Встречается у многих тюркских народов: татар, башкир, казахов. Вторая часть фамилии, -янов, могла возникнуть из-за фонетического переоформления: имя Ахтян или Ахтем в русском произношении могло дать форму Ахтям, от которой и пошла фамилия. Суффикс -ов здесь стандартный: «чей?» — Ахтямов, то есть сын Ахтяма. Удлинение до «Ахтомянов» — результат адаптации: в русской речи неударное «я» могло звучать как нечто среднее между «о» и «а», что и закрепилось на письме.

Фамилия редкая. Её география, по открытым данным, тяготеет к Уралу и Поволжью — регионам, где веками жили татары, башкиры и другие народы, принявшие ислам. Мужчины с такой фамилией могли быть потомками служилых татар, перешедших на русскую службу в XVI–XVII веках, или крестьян-старообрядцев, среди которых тоже встречались носители тюркских имен. Встречается вариант написания «Ахтямянов» — он более прозрачен с точки зрения исходного имени.

Словообразовательно фамилия примечательна тем, что сохранила редкое сочетание: тюркский корень плюс русский суффикс -ов, но с дополнительным наращением -ян-, которое в других фамилиях часто указывает на армянское происхождение. Здесь же это, вероятно, чисто фонетический процесс, а не этнический маркер. Таким образом, Ахтомяновы — это потомки человека, которого в русских документах записали как Ахтом (или Ахтям), а его дети и внуки стали Ахтомяновыми.