Фамилия Ахтулова — редкий случай, когда географический топоним почти наверняка перешёл в фамилию без промежуточных звеньев. Её основа — название реки Ахтубы, левого рукава Волги в Нижнем Поволжье. Суффикс -ов со стандартным женским окончанием -а указывает на принадлежность: буквально «из рода Ахтуловых», то есть тех, кто связан с Ахтубой.

Исходное мужское прозвище Ахтул (или Ахтулов сын) мог получить человек, живший на этой реке, перебравшийся с её берегов или владевший там угодьями. В XVI–XVII веках, когда шло активное заселение Заволжья и рыбные промыслы на Ахтубе были важным занятием, прозвище могло закрепиться за рыбаком, бурлаком или торговцем, ходившим по этому водному пути.

Слово «Ахтуба» имеет тюркское происхождение — от «ак тюбе» («белый холм» или «белая возвышенность»). Поэтому в основе фамилии лежит не славянское имя, а иноязычный географический объект, что для русских фамилий встречается реже, чем прозвища от личных имён или профессий. В отличие от фамилий Ахтубинский (образованных по модели прилагательного), Ахтулова сохранила более архаичную форму — через прозвище в родительном падеже.

Фамилия очень редкая. Её носители, скорее всего, происходят из Астраханской или Волгоградской областей, где Ахтуба протекает и где в прошлом стояли поселения ахтубинских рыбаков и соледобытчиков. Сословных ограничений у неё не было: прозвище могли дать и крестьянину, и мещанину, и казаку. Встречаются единичные случаи, когда Ахтулова — это форма от мужской фамилии Ахтулов, а не самостоятельное женское образование, но в современном русском языке она воспринимается именно как женский вариант.