Фамилия Атимова — женская форма мужской фамилии Атимов. В русской традиции такие фамилии образуются добавлением суффикса -а и не несут самостоятельного смысла: все значение заложено в мужском варианте.

Мужская фамилия Атимов восходит к личному имени или прозвищу Атим. Здесь возможны два пути. Первый и наиболее вероятный — тюркское происхождение. В тюркских языках слово «атым» означает «моё имя», «моё прозвище». Человек, которого в округе знали под прозвищем Атым (то есть «тот, у кого такое имя»), мог стать родоначальником фамилии. Суффикс -ов — чисто русский патронимический, он указывает на принадлежность: «сын Атима». Так оформлялись фамилии у русских, а также у крещёных татар, башкир, чувашей и других народов Поволжья, переходивших в православие.

Второй вариант — связь с арабским именем Атим (от «атим» — «сирота»). Имя встречается в мусульманских культурах, но в русском контексте оно редко. Если предки Атимовых были крещёными татарами или выходцами из Средней Азии, этот корень возможен, но менее типичен для русской фамилии, чем тюркское прозвище.

Географически фамилия Атимова встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Самарской областях — в зоне давних русско-тюркских контактов. Это подтверждает первую версию: фамилия могла возникнуть в среде крещёных татар (кряшен) или русских, живших в окружении тюркоязычного населения.

По социальному происхождению Атимовы — скорее всего, крестьяне или мещане. Фамилия недворянская, без суффикса -ский, что характерно для низших и средних сословий. Владельца прозвища Атим могли так назвать за особенность речи (постоянное упоминание своего имени) или за то, что он был единственным носителем редкого имени в деревне.

Однокоренные фамилии — Атимов, Атимовский, Атимбаев — встречаются редко, что делает Атимову фамилией с узкой родовой привязкой, а не массовой.