Фамилия Атхамов довольно редкая, и её происхождение напрямую связано с тюркскими языками. В основе лежит мужское личное имя Атхам, которое восходит к арабскому слову «атхам» — «очень щедрый», «дарящий». В мусульманской антропонимике это имя-эпитет, прославляющее одно из качеств Аллаха или же даваемое ребёнку как пожелание быть щедрым и великодушным. Таким образом, исходное значение фамилии — «потомок Атхама», «принадлежащий к роду человека по имени Атхам».

Модель образования типична для русской фамильной системы, адаптированной в среде тюркских народов. Суффикс -ов (в форме Атхам-ов) указывает на принадлежность: чей? — Атхамов. Такое оформление фамилий было характерно для татар, башкир, казахов и других народов, входивших в состав Российской империи, где при переписях и записях в метрики тюркские имена получали русское патронимическое окончание. Встречаются варианты написания с одной буквой «м» — Атамов, но это уже иная этимология, связанная с тюркским словом «ата» — отец.

Географически фамилия Атхамов тяготеет к регионам Поволжья, Приуралья и Западной Сибири, где исторически компактно проживают татары и башкиры. Встречается она и у узбеков, но там чаще сохраняется форма Атхамов (с ударением на второй слог) без адаптации суффикса. Социальный состав носителей, судя по архивным данным XIX–XX веков, был преимущественно крестьянским, но встречались и представители духовенства — муллы и учителя медресе, так как имя Атхам считалось «книжным», религиозным.

Сравнение с однокоренными фамилиями, такими как Атхамутдинов или Атхаметдинов, показывает, что Атхамов — более краткая форма, где отсечена вторая часть сложного имени (например, «атхам ад-дин» — «щедрость веры»). Это говорит о том, что предки носителя фамилии, скорее всего, не были потомками духовного лидера, а просто получили фамилию по имени деда или отца, без дополнительных религиозных титулов. Споров по этимологии почти нет: арабское происхождение корня и тюркский путь распространения считаются общепризнанными в ономастике.