Фамилия Астроханцев на первый взгляд очевидна по смыслу, но при ближайшем рассмотрении подкидывает лингвистическую загадку. Её основа — город Астрахань, а сам носитель фамилии в прошлом, скорее всего, был «астраханцем», то есть выходцем из этих мест. Однако ключевая деталь кроется в написании: первая буква «о» (Астроханцев, а не Астраханцев) — это не ошибка, а живое свидетельство старого народного произношения. В русских говорах, особенно южных, безударное «а» после твёрдого согласного часто звучало как «о», и это аканье закрепилось на письме, превратившись в фамильный признак.

Суффикс «-ев» работает по стандартной модели: он присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или «й». Выходит, что прозвище «Астраханец» дало начало фамилии «Астроханцев» — так называли переселенцев, которые в XVI–XVII веках, после присоединения Астраханского ханства, перебирались в низовья Волги, а затем возвращались обратно, унося с собой прозвище по месту прежнего жительства. Такая фамилия типична для тех, кто менял место жительства: и купцы, и рыбаки, и служилые люди могли стать «астраханцами», поэтому сословного барьера у фамилии не было.

География бытования подтверждает эту версию: Астроханцевы встречаются в основном в Поволжье и на юге России. В ономастических трудах, например у Б. Унбегауна, модель «топоним + -ец + -ев» описана как одна из самых распространённых для «географических» фамилий, но конкретный вариант «Астроханцев» — скорее локальное фонетическое явление, а не массовая норма.

Существует и альтернативная, но гораздо менее вероятная гипотеза: связь с греческим «астрон» (звезда). Якобы фамилия могла указывать на занятие астрологией или на человека со звёздным характером. Однако эта версия слаба: в русской ономастике почти нет фамилий, образованных напрямую от греческих корней без посредничества географических названий или церковных имён, так что основная версия остаётся единственно убедительной.