Фамилия Атембеков — яркий пример того, как тюркское личное имя, пройдя через русскую канцелярию XIX века, превратилось в родовое прозвище. В основе лежит имя Атембек, а оно, в свою очередь, сложное. Первая часть, «Атем», — это диалектный вариант имени Адам (через арабское آدم, Ādam). В тюркских языках, особенно в казахском и каракалпакском, начальный звук «а» часто переходит в «ә», а конечный «м» может озвончаться, давая форму «Атем». Вторая часть — «бек» (от тюркского «bäk» — «крепкий», «сильный», позже — «князь», «господин»), распространённый титул и компонент имён знати. Имя Атембек буквально означает «господин Адам» или «князь Адам»: уважение к библейскому и кораническому первочеловеку здесь соединено с указанием на социальный статус.

Суффикс -ов — русский патронимический формант, добавленный при оформлении фамилий в документах Российской империи. Он означает «сын» или «потомок»: Атембеков — «сын Атембека». Такая модель характерна для фамилий тюркских народов, живших в составе России: казахов, татар, башкир, ногайцев. Если бы фамилия оформлялась по тюркской традиции, она звучала бы как Атембек (без суффикса) или Атембекулы.

Географически фамилия наиболее распространена в Казахстане, особенно в Западно-Казахстанской и Атырауской областях, а также среди казахов в приграничных регионах России (Астраханская, Оренбургская области). Встречается она и у каракалпаков. Носители фамилии, скорее всего, происходят из родов Младшего жуза (например, байулы или алимулы), где имя Атембек было популярно в XVIII–XIX веках. Социальный статус предков мог быть разным: от рядового скотовода до старшины рода. Компонент «бек» в имени не всегда гарантировал реальную власть, но указывал на принадлежность к уважаемой семье.

В архивных записях XIX века фамилию могли записывать как Атембековъ (с твёрдым знаком на конце) или Адембеков — через букву «д», что отражает колебания в передаче арабского звука «даль» на письме. В советское время написание закрепилось как Атембеков. Фамилия довольно редкая: по данным открытых баз, её носят не более нескольких сотен человек, большинство из которых — этнические казахи.