Фамилия Астарханов — один из тех случаев, когда внешняя «восточная» форма обманчива, а корень, скорее всего, славянский. Самое очевидное и распространённое объяснение — связь с названием города Астрахань. В старину выходцев с Нижней Волги нередко записывали как «Астраханцев», «Астраханский» или «Астраханов». Фонетическое изменение «астрахан» → «астархан» — естественная черта южнорусских говоров, где «аканье» (произношение «о» как «а») и упрощение сочетаний согласных — норма. Так что Астарханов — это практически то же самое, что Астраханов, только с диалектной огласовкой.

Менее вероятная, но упоминаемая в ономастике версия выводит фамилию от тюркского личного имени Астархан (или Астар-хан). В таком случае основой могло быть прозвище, данное человеку за связь со степными народами или за внешние черты. Однако эта гипотеза слабее: фамилии на -ов от тюркских имен в русской среде обычно сохраняют исходное звучание (например, Батырханов), а «астраханский» след географически и исторически гораздо плотнее.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования: «чей?» — «Астарханов», то есть сын или потомок человека по прозвищу Астархан. Если верна первая, географическая версия, то предок носителя фамилии мог быть переселенцем из Астрахани, купцом, торговавшим с низовьями Волги, или служилым человеком, сосланным на южные рубежи. Социальный состав носителей фамилии в XIX веке — преимущественно крестьяне и мещане центральных и южных губерний России, что подтверждает бытовое, а не аристократическое происхождение.

Фамилия редкая, но не уникальная. Её родственники по корню — Астраханцев, Астраханский, Астраханов. Разница в написании (через «о» или «а» в первом слоге) часто была делом случая и записи писаря, поэтому в одной семье могли сосуществовать оба варианта.