Фамилия Алтымухаммедов — редкий пример сложения тюркского числительного с арабским именем. Её основа «Алты» в тюркских языках означает «шесть», а «Мухаммед» — имя пророка ислама. Вместе они образуют имя-оберег: «шестой Мухаммед» или «Мухаммед, родившийся шестым» (по счёту детей в семье, по дню недели или по порядковому номеру среди тёзок-родственников). Такие числительные в составе имени — характерная черта тюрко-мусульманской ономастики, где «Бир» (один), «Уч» (три) или «Алты» (шесть) защищали младенца от сглаза или указывали на его место в семье.

Суффикс «-ов» в фамилии — типично русское окончание, которое в XIX–XX веках массово добавляли к тюркским и мусульманским именам при переходе к паспортной системе. Изначально фамилия звучала бы как «Алтымухаммед оглы» (сын Алтымухаммеда), но после русификации приобрела привычное для документов окончание. Встречаются варианты с суффиксом «-ев» (Алтымухаммедев), но «-ов» встречается чаще, так как основа оканчивается на твёрдый согласный.

Географически фамилия привязана к регионам, где смешивались тюркские и русские традиции: Туркменистан (откуда, вероятно, род), Казахстан, а также татарские и башкирские области России. В дореволюционных источниках она почти не фиксируется — это говорит о её относительно позднем оформлении, не ранее середины XIX века, когда началась массовая фиксация фамилий у кочевых и полукочевых народов.

По социальному происхождению носители фамилии — в основном выходцы из крестьянских или ремесленных слоёв, реже — из торговцев. Дворянских родов с такой фамилией не известно: числительные в именах были распространены в простонародье, а не в элите, которая обычно брала имена без дополнительных «порядковых» уточнений.

Спорных версий у фамилии почти нет. Изредка пытаются связать «Алты» с тюркским «алтын» (золото), но это ошибка: «алтын» и «алты» — разные корни, и в основе здесь именно число «шесть», а не драгоценный металл.