Фамилия Атанелов — редкий случай, когда географический и этнический след почти наверняка перевешивает все прочие версии. Её основа — имя Атанел, которое является грузинским вариантом библейского имени Нафанаил (в русской традиции — Нафанаил). В переводе с древнееврейского оно означает «Бог дал» или «дар Божий». Но ключ к фамилии не в значении имени, а в суффиксе.

Фамилия оканчивается на -ов, что типично для русских фамилий, но её корень — грузинский. В Грузии существует фамилия Атанели (с окончанием -и, указывающим на принадлежность к роду). Когда носители такой фамилии оказывались в русскоязычной среде, их фамилию адаптировали по русской модели: Атанелов. То есть это пример обрусевшей грузинской фамилии, где исходное Атанели превратилось в Атанелов за счёт присоединения патронимического суффикса.

Версия о происхождении от тюркского слова «атан» (холощёный верблюд) или от тюркского имени Атанел (со значением «отец народа») выглядит слабее. Она не объясняет, почему в русских документах фамилия закрепилась именно с суффиксом -ов, а не, скажем, -ев. Кроме того, грузинский вариант имени Нафанаил — Атанел — встречается в исторических записях, в том числе среди священнослужителей. Поэтому наиболее вероятно, что предок носителя фамилии был выходцем из Грузии, возможно, из духовного сословия, и его фамилию русифицировали при переезде или записи в метрические книги.

Фамилия редкая, и её география в России скорее всего связана с местами, куда переселялись грузины — например, с Москвой, Санкт-Петербургом или южными регионами. Встретить Атанелова в глухой русской деревне без следов грузинского влияния маловероятно.