Фамилия Атмачёв — редкий случай, когда за привычным русским суффиксом -ев прячется нерусская, скорее всего, тюркская основа. Если отбросить окончание, остаётся корень Атмач. В нём легко угадывается тюркское слово «ат» — конь, лошадь. В татарском, башкирском и других тюркских языках «атма» или «атман» могло означать конника, всадника, а также человека, связанного с лошадьми — конюха, объездчика. Суффикс -чи или -чы в тюркских языках образует названия профессий (сравните с русскими фамилиями Бондарев, Ковалёв). Таким образом, Атмач — это «тот, кто при лошадях»: конюх, табунщик или наездник.

В русскую среду фамилия попала, скорее всего, через служилых татар или крещёных татар, которые оседали на русских землях в XVI–XVII веках. Выходцы из Казанского или Астраханского ханства нередко получали русские фамилии по прозвищу отца: Атмач дал начало Атмачёвым. Модель образования типична для русской ономастики того времени: к основе на -ч прибавился патронимический суффикс -ев (как у фамилий Калачёв, Ткачёв). То есть Атмачёв — буквально «сын Атмача».

Встречается фамилия и в несколько ином написании — Атмачев, без «ё». Это не ошибка, а вариант, закрепившийся в документах, где букву «ё» не фиксировали. В XIX веке Атмачёвы фиксируются преимущественно в Поволжье — в Самарской, Симбирской, Казанской губерниях. Это подтверждает версию о тюркских корнях: именно там столетиями жили рядом русские и татары, и фамилии переходили между культурами.

Есть и менее вероятная, но возможная версия: связь с русским диалектным словом «атмач» — так в некоторых говорах называли бродягу или шатуна. Однако эта гипотеза слабая: слово не зафиксировано в авторитетных словарях русских говоров, а тюркская этимология прозрачнее и подтверждается географией фамилии.

Так что, скорее всего, предок носителя фамилии Атмачёв был человеком, чья жизнь была связана с конями — ухаживал за ними, объезжал или пас табуны. Фамилия не дворянская и не купеческая, а крестьянская или однодворческая, что тоже типично для Поволжья, где оседали служилые инородцы.