Фамилия Антюхов образована от имени Антюх — просторечной, уменьшительной формы крестильного имени Антонин. Это имя пришло на Русь из Византии вместе с христианством, а его греческая основа означает «вступающий в бой, состязающийся». Святым покровителем имени считается мученик Антонин, который, по преданию, уверовал во Христа, увидев казнь Георгия Победоносца, и после жестоких пыток был сожжён в 303 году.

Имя Антонин в народе быстро обрастало обиходными формами — Антон, Антоха, Антоня. Форма Антюх, скорее всего, возникла под влиянием южнорусских или украинских говоров, где суффикс -юх характерен для ласкательных или фамильярных вариантов имён (сравните: Иван — Иванюх, Пётр — Петрюх). Поэтому фамилия Антюхов — типичная патронимическая: потомка человека по прозвищу Антюх назвали Антюховым, то есть «сыном Антюха».

Модель образования с суффиксом -ов — самая распространённая для русских фамилий, она указывает на принадлежность к главе рода. В данном случае суффикс присоединился к основе Антюх- без изменений, что говорит о позднем оформлении фамилии, когда имя уже устоялось в бытовой речи. Интересно, что фамилия Антюхов встречается в основном в центральных и южных областях России, а также в среде казачества — это косвенно подтверждает её народное, а не книжное происхождение.

Не стоит путать фамилию Антюхов с однокоренной Антонов: последняя образована напрямую от полной формы имени Антон (краткой от Антоний), в то время как Антюхов — от более редкой диалектной веточки того же имени. По сути, это «младший родственник» в семье фамилий, восходящих к корню Ант-.