Фамилия Астрелова — женская форма от Астрелов, а та в свою очередь образована от прозвища или мирского имени Астрел. Основа здесь — диалектное слово «астрел», которое в ряде русских говоров означало ястреб. Иными словами, перед нами «птичья» фамилия, построенная по той же модели, что Соколов, Орлов или Воробьёв, но с региональным оттенком: не общеупотребительный «ястреб», а местный «астрел».

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: Астрелов — сын Астрела. Прозвище Астрел могли дать человеку с острым зрением, хищным нравом или, наоборот, за любовь к охоте с ловчими птицами. В старину имена и прозвища от названий птиц встречались повсеместно, но «астрел» — форма более редкая, чем «ястреб», что делает фамилию менее распространённой, чем тот же Ястребов.

В документах фамилия фиксируется преимущественно в центральных и южнорусских областях, где диалектное «астрел» было в ходу. Встречаются варианты написания с одной «л» — Астрелова, но в современном русском языке орфографическая норма закрепила двойное «л» как в исходном слове «астрел» (от греч. aster — звезда? нет, здесь народная этимология не работает, корень славянский).

Стоит отметить, что в редких случаях основой могло стать не прозвище, а фамилия Астрелов могла возникнуть от названия населённого пункта вроде Астрелово (такие деревни есть в Тверской и Смоленской областях). Тогда фамилия указывала на выходца из этого села. Но основная и самая вероятная версия — «птичья», от ястреба.