Фамилия Атимов — редкая и неочевидная по происхождению. Её основа, суффикс и география бытования указывают на два разных корня, и выбор между ними зависит от того, в какой среде фамилия возникла.

Самый вероятный путь — от тюркского имени Атим или Атим. В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) корень «ат» означает «имя», «слава», «конь». Имя Атим может быть краткой формой от более сложных имён вроде Атимурат или Атимулла, где «ати» — «имя», «слава», а вторая часть уточняет смысл. В этом случае фамилия Атимов — патроним: «сын Атима». Суффикс -ов стандартный для русских фамилий, образованных от имён на твёрдый согласный, и он же типичен для русифицированных тюркских фамилий. Такие фамилии массово появлялись у татар, башкир и других народов Поволжья и Урала в XIX — начале XX века, когда при переписях и ревизиях им присваивали русские окончания.

Второй, менее очевидный вариант — от прозвища Атим. В русских говорах слово «ать» или «атя» могло означать отца, батю (диалектное обращение «атюшка»). Прозвище Атим мог получить человек, который постоянно употреблял это слово в речи, или же это было ласковое именование ребёнка. Однако такая версия слабее: подобные прозвища редко становились фамилиями, и для них типичнее суффикс -ин (Атимов тут выглядит как исключение).

По данным открытых источников, фамилия Атимов встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области и в среднеазиатских республиках. Это подтверждает тюркскую версию: регионы компактного проживания татар и башкир дают основную массу носителей.

В сословном отношении предки Атимовых, скорее всего, были государственными крестьянами или мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Известных исторических деятелей с фамилией Атимов нет — она осталась в кругу неприметных сельских и городских семей.