Фамилия Атагуллаев — классический пример тюркско-мусульманской модели образования, закреплённой русским суффиксом принадлежности. Её основа — составное арабско-тюркское имя «Атагулла», которое распадается на две части: «ата» (по-тюркски «отец») и «Алла» (арабское «Аллах», Бог). В тюркских языках слово «ата» входило в состав имён не столько в прямом значении «родитель», сколько как уважительный компонент, означавший «старший», «почтенный», «наставник». Таким образом, имя Атагулла переводится как «отец Аллаха» или «служитель Аллаха» — типичная для исламской ономастики почтительная конструкция, подчёркивающая религиозное благочестие.

Суффикс «-ев» (фонетический вариант «-ов» после мягкого согласного) присоединён к имени по законам русской грамматики, указывая на принадлежность: «сын Атагуллы» или «из рода Атагуллы». Такая модель — тюркское имя плюс русский патронимический суффикс — массово закреплялась в XIX–XX веках, когда народы Средней Азии и Кавказа входили в состав Российской империи и получали фамилии по отцовскому имени. Носители фамилии Атагуллаев — почти наверняка потомки человека по имени Атагулла, жившего в регионе с тюркским населением, скорее всего в Дагестане, Азербайджане или среди туркмен, где имя «Атагулла» встречается до сих пор.

Словообразовательная схема здесь необычна тем, что в основе — не простое имя, а теофорное (содержащее имя Бога). В русском ономастиконе фамилии с корнем «Алла» встречаются, но редко, и чаще в формах «Аллахвердиев», «Аллахьяров». Атагуллаев стоит особняком: первая часть «Ата» не теряет самостоятельного значения, создавая редкий гибрид «отец + Бог». Это не прозвище по профессии и не топоним — это прямая запись личного имени предка, что делает фамилию прозрачной для этимологического анализа, но одновременно сужает её географию. Встретить Атагуллаева за пределами постсоветского тюркоязычного ареала маловероятно.

В дореволюционных метрических книгах и советских паспортных записях фамилия могла фиксироваться с вариантами: Атагулов, Атагулаев, Атагулла-оглы. Последняя форма (с тюркским «оглы» — «сын») отражает более старый способ именования, который позже сменился русифицированным суффиксом. Поэтому среди носителей фамилии возможны разночтения в написании в зависимости от того, когда и где семья получила документы.