Фамилия Астроханцев, на первый взгляд, кажется простой по происхождению, но при ближайшем рассмотрении таит в себе одну неочевидную деталь. Скорее всего, её основа — название города Астрахань. Однако написание через «о» в первом слоге (Астроханцев, а не Астраханцев) — это не ошибка, а отражение старого народного произношения или диалектной особенности. В русских говорах, особенно на юге, «а» после твёрдого согласного часто звучало как «о» в безударной позиции, что и закрепилось в фамилии на письме.

Суффикс «-ев» указывает на модель образования от топонима или прозвища, оканчивающегося на мягкий согласный или «й». То есть предок носителя фамилии мог быть выходцем из Астрахани — «астраханцем», а его потомки стали Астроханцевыми. Такая фамилия типична для переселенцев: в XVI–XVII веках, после присоединения Астраханского ханства, многие жители центральной России переезжали в низовья Волги, а те, кто возвращался, получали прозвище по месту прежнего жительства.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с греческим словом «астрон» (звезда). В этом случае фамилия могла указывать на занятие астрологией или на человека со звёздным, заметным характером. Но эта гипотеза слаба: в русской ономастике почти нет фамилий, образованных напрямую от греческих корней без посредничества географических названий или церковных имён.

Географически фамилия Астроханцев встречается в основном в Поволжье и на юге России, что подтверждает её связь с Астраханью. Сословного барьера у неё не было: «астраханцами» называли как купцов и рыбаков, так и служилых людей, поэтому предки могли принадлежать к разным слоям населения. В словарях русских фамилий, например у Б. Унбегауна, эта модель описана как типичная для «географических» фамилий, но конкретно вариант «Астроханцев» — скорее локальное фонетическое явление, а не массовый вариант написания.