Фамилия Атамухамедова — женская форма мужской фамилии Атамухамедов, и её происхождение почти целиком лежит в тюркско-мусульманской ономастике. Основа — составное имя Атамухамед (или Атамухаммад), где первая часть «ата» по-тюркски означает «отец», «дед», «предок» или даже «старший» (почтительное обращение), а вторая — имя пророка Мухаммеда. Смысл имени-прототипа можно перевести как «отец Мухаммеда» или «старший, подобный Мухаммеду». Такая модель (Ата- + имя) типична для туркменской, узбекской и каракалпакской традиции, где «ата» нередко прибавляли к имени сына или внука, обозначая уважение к старшему в роду.

В русской записи фамилия получила типичный суффикс -ов, который в женском варианте превратился в -ова. Это произошло в XIX–XX веках, когда при переписях населения в Средней Азии и Казахстане тюркские имена и прозвища «русифицировали», добавляя окончание, привычное для метрик. Поэтому Атамухамедова — это не исконно русская фамилия, а адаптированная: её носители — потомки тех, кого в документах записали как Атамухамедов (сын Атамухамеда) или по имени деда.

Географически фамилия чаще всего встречается среди туркмен, узбеков и каракалпаков, реже — у казахов и татар. Внутри этих народов она не указывает на конкретное сословие или ремесло: имя Атамухамед могли дать и в семье скотовода, и в семье муллы. Интересная деталь: в некоторых туркменских родах имя Атамухамед давали мальчику, родившемуся после смерти деда, — как бы в его честь и для продолжения рода. Таким образом, фамилия могла закрепиться не за профессией, а за семейным обычаем.

В русском контексте фамилия остаётся редкой и экзотичной. Если сравнивать с однокоренными, то параллелью может служить фамилия Атамурадов (где «мурад» — «желание», «цель») — та же модель с «ата» и суффиксом. Но Атамухамедова выделяется прямым указанием на имя пророка, что в мусульманских культурах всегда считалось благословенным. Спорных версий происхождения практически нет: тюркская основа и исламский компонент очевидны, а попытки вывести её из арабского «ата» (дар) без учёта тюркского контекста выглядят натянуто.