Фамилия Атанелова — довольно редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение почти наверняка не связано с русскими корнями. Основа здесь — личное имя Атанел, которое имеет армянские или тюркские истоки. В армянском варианте имя Атанел (Աթանել) восходит к древнееврейскому Афанаил (Netanel) — «дар Божий». В тюркской среде имя могло образоваться от «ата» (отец, предок) с добавлением компонента «нел» или «ел» (народ, страна), то есть «отец народа». Какая из версий точнее — сказать сложно, но армянский след выглядит убедительнее, учитывая, что суффикс -ов/-ев в русских фамилиях часто адаптировал иноязычные основы.

Фамилия образована по русской словообразовательной модели: к основе Атанел- добавлен суффикс -ов (в женском роде -ова). Это типичный патроним: Атанелов — буквально «сын Атанела». Такие фамилии массово закреплялись в Российской империи в XIX веке, когда крестьянам и инородцам давали фамилии по имени отца. Если предок носителя фамилии был армянином или тюрком, его имя Атанел записывали в русские документы, а затем по нему и образовали фамилию.

Встречаемость фамилии крайне низкая. Основной ареал — регионы Северного Кавказа и Закавказья, где исторически жили армянские и тюркские общины. В центральной России Атанеловых почти нет. Фамилия не имеет отношения к дворянским родам или известным историческим личностям — это народная, крестьянская или мещанская фамилия, возникшая в среде, где имя Атанел было употребительно.

С точки зрения русского языка, фамилия необычна сочетанием звуков: ударение, скорее всего, падает на второй слог — Атане́лова. В быту её могли путать с более распространённой фамилией Атаманов или Атанов, но корень здесь другой. Единственный способ узнать точную историю — обратиться к семейным архивам или записям метрических книг, где могло сохраниться полное имя первого носителя.