Фамилия Астарханова — женская форма от Астарханов, а та, в свою очередь, образована от мужского личного имени или прозвища Астархан. Основа фамилии — тюркское слово «астархан», которое имеет два основных значения, и оба ведут к прозвищу, а не к крестильному имени.

Первая версия связывает прозвище с названием должности или социального статуса. В тюркских языках «астархан» могло означать «главный сокольничий» или «ловчий» — человек, отвечающий за охоту с ловчими птицами. Такая должность была престижной при дворах ханов и князей, и прозвище могло закрепиться за тем, кто ею владел или происходил из семьи таких служилых людей.

Вторая, более бытовая версия, отталкивается от прямого значения слова «астархан» — «ястреб» или «сокол». В этом случае прозвище давали человеку за внешнее сходство с птицей: острый взгляд, хищный нос, стремительность или властный характер. Подобные «птичьи» прозвища — Ястребов, Соколов, Беркутов — широко распространены в русской ономастике, но Астарханов стоит особняком, сохраняя тюркский корень.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ или имен, оканчивающихся на согласный. Форма Астарханова — это притяжательное прилагательное, отвечающее на вопрос «чей?»: сын или дочь Астархана. Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически было сильное тюркское влияние: Поволжье, Приуралье, Северный Кавказ, а также среди татарских и башкирских родов.

В отличие от более частых фамилий на -ов, Астарханов не имеет отношения к названию города Астрахань (это другая этимология — от «Хаджи-Тархан»). Написание с буквой «х» в корне (а не «ш») закрепилось в русской передаче тюркского звука. Фамилия редкая, но её носители встречаются в среде потомков служилых татар и казачества, где прозвища такого типа могли передаваться по наследству.