Фамилия Атмачёв интересна тем, что за привычным русским суффиксом -ев скрывается нерусская, тюркская основа. Если отбросить окончание, остаётся корень Атмач — в нём легко угадывается тюркское «ат» (конь, лошадь). В татарском, башкирском и других тюркских языках «атма» или «атман» могло означать конника, всадника или человека, связанного с лошадьми: конюха, объездчика. Суффикс -чи или -чы в тюркских языках как раз образует названия профессий — по той же логике, что в русских фамилиях Бондарев, Ковалёв. Значит, Атмач — это «тот, кто при лошадях».

В русскую среду фамилия попала, скорее всего, через служилых татар или крещёных татар, оседавших 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 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 — Самарской, Симбирской, Казанской губерниях. Эта география подтверждает версию о тюркских корнях: именно там столетиями жили рядом русские и татары, и фамилии переходили между культурами.

Есть и менее вероятная версия — связь с русским диалектным словом «атмач», которым в некоторых говорах называли бродягу или шатуна. Но эта гипотеза слабая: слово не зафиксировано в авторитетных словарях русских говоров, а тюркская этимология прозрачнее и подкреплена географией фамилии. Так что, скорее всего, предок носителя фамилии Атмачёв был человеком, чья жизнь 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.