Фамилия Алигусейнов образована от сложного арабского имени, которое пришло в русский язык через тюркские и кавказские традиции. В её основе лежит составное имя Алигусейн (варианты: Али-Гусейн, Алихусейн). Первая часть — Али (араб. «высокий», «возвышенный») — одно из имён зятя пророка Мухаммеда, четвёртого праведного халифа. Вторая часть — Гусейн (араб. «хороший», «красивый») — имя его внука, особо почитаемого у шиитов. В бытовой традиции это двойное имя стало единым личным именем, а не просто сочетанием двух.

Русский суффикс -ов, добавленный к основе Алигусейн, указывает на стандартный способ русификации фамилий: «чей?» — «Алигусейнов», то есть «потомок Алигусейна». Такая модель образования типична для народов Северного Кавказа, Закавказья и Поволжья. При оформлении документов в Российской империи арабские имена получали русское окончание, поэтому фамилия почти не встречается у этнических русских; её носители — в основном азербайджанцы, лезгины, татары и другие народы, исповедующие ислам.

Особенность фамилии — её чёткая религиозная окраска. Имена Али и Гусейн напрямую связаны с шиитской ветвью ислама, поэтому предки носителя фамилии, скорее всего, были мусульманами-шиитами, происходившими из регионов, где шиизм традиционно силён: южный Дагестан, Азербайджан, Иран. В дореволюционной России такие фамилии нередко давали представителям духовенства или людям, чьи отцы были уважаемыми религиозными деятелями, но чаще всего это просто патроним, закрепившийся за крестьянином или ремесленником.

Встречаются варианты написания: Али-Гусейнов, Алихусейнов (с буквой «х» вместо «г»). Это связано с особенностями произношения в разных диалектах: в некоторых тюркских языках звук «г» в начале слова оглушается до «х». В советское время написание унифицировали, и форма Алигусейнов стала преобладающей. Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Алиев, Гусейнов, Алиханов), то Алигусейнов стоит особняком: оно не отсылает к одному имени, а фиксирует именно двойное имя, что встречается реже. Такая модель образования — не «сын Али» или «сын Гусейна», а «сын того, кого звали Алигусейн», — указывает на то, что предок носителя фамилии носил именно это составное имя, возможно, в честь обоих почитаемых персонажей исламской истории.