Фамилия Атауллаханова — женская форма фамилии Атауллаханов, и её происхождение уходит корнями в арабскую и тюркскую традиции имянаречения. В основе лежит составное имя Атауллахан, которое складывается из трёх смысловых блоков: «Ата» (дар, подарок), «Улла» (Аллах, Бог) и «Хан» (титул правителя, повелителя). Если собрать их вместе, получается «дар Аллаха-хана» или, чуть свободнее, «подаренный Богом властитель». Имя Атаулла (или Атауллах) само по себе широко распространено у тюркских и кавказских народов, а добавление «хан» не просто украшало имя, а подчёркивало социальный вес рода или надежду на высокое положение ребёнка.

Словообразовательная модель здесь прозрачна и типична для многих народов Российской империи XIX–XX веков: к основе Атауллахан прибавили русский патронимический суффикс -ов, а затем, для женской формы, окончание -а. Никаких других суффиксов или приставок в фамилии нет — это чистая «основа + фамильный формант». Такое оформление получали фамилии тех, кто долгое время жил в составе империи и перенимал русскую модель документирования. Именно поэтому носительницы фамилии Атауллаханова сегодня сосредоточены главным образом в регионах с традиционно мусульманским населением: в Татарстане, Башкортостане, Чечне, Дагестане, а также среди татарской и башкирской диаспоры в Средней Азии.

В отличие от фамилий, образованных от названий ремёсел, прозвищ или географических названий, Атауллаханова напрямую отсылает к личному имени, которое давали с надеждой на божественное покровительство и будущую власть. Такое имя не было жёстко привязано к одному сословию: его могли носить и представители духовенства, и местная знать, и уважаемые старейшины, и простые верующие. Фамилия редкая, и путать её стоит разве что с похожими по звучанию Атауллаевой или Атауллахановой — но последняя форма мужская, а женская строго закреплена окончанием -а.

В ономастических справочниках фамилия Атауллаханов (и её женская форма) не получила отдельного разбора, но её структура хорошо ложится в классификацию, которую предлагал Б. Унбегаун для «восточных» фамилий — то есть образованных от арабо-персидских и тюркских имён с помощью суффиксов -ов/-ев. Атауллаханов стоит в одном ряду с Абдуллахановым, Нурмухаммедовым или Исмаиловым, но отличается от них редким сочетанием «Ата» + «Улла» + «Хан». Три корня в одном имени — случай нечастый, и именно это делает фамилию почти уникальной даже на фоне других сложносоставных тюркских фамилий.