Фамилия Астахова образована от мужского имени Астах — одной из обиходных, народных форм крестильного имени Евстахий. Само имя Евстахий пришло из греческого языка и означает «хорошо построенный», «уравновешенный», «крепкий» или «здоровый». На русской почве оно пережило типичное для разговорной речи сокращение: от полного Евстахий до простого и короткого Астах. Такой путь — от редкого церковного имени к бытовому прозвищу или неофициальному имени — характерен для многих русских фамилий, особенно тех, что закрепились за крестьянскими и мещанскими родами.

Фамилия построена по стандартной патронимической модели: к основе Астах прибавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Астаха). В женском роде окончание меняется на -а, отсюда Астахова. Суффикс -ов — один из самых распространённых в русской фамильной системе, он указывает, что предок носителя фамилии, скорее всего, принадлежал к простому сословию: крестьянам, ремесленникам или служилым людям, у которых фамилии оформлялись именно по отцу или деду.

Имя Астах встречается не только как производное от Евстахия. В некоторых говорах оно могло быть вариантом имени Евстафий (тоже греческого происхождения, со значением «устойчивый»), а иногда — просторечной формой имени Астафий. В любом случае корень один: греческое «евстахос» или «евстатиос», означающее стойкость, здоровье и добротность. Таким образом, в основе фамилии лежит не профессия и не прозвище по внешности, а личное имя с положительной характеристикой — пожелание предку быть крепким и уравновешенным.

Географически фамилия Астаховых чаще всего встречается в южнорусских и центральных областях, особенно в бывших казачьих регионах — на Дону, в Поволжье, на Кубани. Это связано с тем, что имя Астах было популярно именно в казачьей среде, где любили сокращённые, звучные формы канонических имён. Встречаются также варианты с ударением на первый или второй слог — в зависимости от местного говора.