Фамилия Атамухамедов — редкий пример тюрко-персидского антропонима, перешедшего в русскую фамильную модель. Основа — два корня: «ата» (тюрк. «отец», «предок») и «Мухаммед» (араб. «восхваляемый», имя пророка ислама). Вместе они образуют сложное имя Атамухамед, которое можно перевести как «отец Мухаммеда» или «предок, подобный Мухаммеду». В исламской традиции имя с компонентом «ата» нередко давали в честь деда или прародителя, подчёркивая уважение к старшему в роду.

Модель образования типична для русификации: к основе Атамухамед- добавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность. В среде тюркских народов (особенно у туркмен, узбеков, казахов) такие патронимы часто превращались в фамилии при советской паспортизации 1920–1930-х годов. Суффикс -ов здесь не столько русский, сколько стандартный для оформления фамилий в документах — им заменяли окончания типа -оглы или -улы.

Географически фамилия Атамухамедов чаще всего встречается в Туркменистане, Узбекистане и среди туркменской диаспоры. В России она редка, но фиксируется в южных регионах и крупных городах за счёт миграции. Стоит отметить, что в исходной форме ударение падает на последний слог: Атамухаме́дов, хотя в русском быту встречается вариант с ударением на «а» в середине.

Спорных версий происхождения немного, и все они сходятся на том, что корень «ата» не означает «отец» в бытовом смысле, а скорее указывает на «старшего», «родоначальника». Иногда ошибочно связывают фамилию с профессией (якобы «ата» — это «отец» в значении «наставник»), но ономастический анализ показывает: перед нами чистое имя, а не прозвище. В словарях тюркских антропонимов (например, у Гафурова или Никонова) форма Атамухамед не выделяется отдельно, но входит в ряд имён с аффиксом «ата», таких как Атагельды, Атанияз.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Атамухамедов отличается от более частых Атаев или Мухамедовых именно двусоставностью: это не просто «сын Мухамеда», а «сын того, кто носит имя Атамухамед». Такие сложные фамилии — маркер того, что предок был назван по значимому для семьи сочетанию, возможно, в честь деда-религиозного авторитета.