Фамилия Атмахова — женская форма, восходящая к мужской фамилии Атмахов. Её основа, тюркское имя Атмах, складывается из корня «ат» (лошадь, конь) и суффикса «-мах», который в тюркских языках часто указывает на деятеля или профессию. Получается «конник», «всадник» — прозвище для человека, работавшего с лошадьми: объездчика, пастуха или конюха. В кочевой культуре конь был мерой статуса и военной доблести, поэтому такое прозвище могло быть почётным.

Фамилию образовали по стандартной русской модели с суффиксом -ов, означающим принадлежность: «сын Атмаха». Это типичный случай, когда тюркское имя легло в основу русской фамилии на южных и восточных рубежах, где исторически были сильны контакты с татарами, башкирами, казахами. Географически фамилия Атмахов (и Атмахова) чаще всего встречается в Ростовской области, Краснодарском крае и на Северном Кавказе — в казачьих и степных регионах.

Словообразовательная модель проста: от личного прозвища Атмах отняли окончание и прибавили -ов. Если бы фамилия возникла в украинской или белорусской среде, она могла бы звучать как Атмаченко или Атмаховский, но суффикс -ов выдает великорусскую традицию. В документах XVII–XVIII веков встречалась бы форма «Атмахов сын», но до нас дошёл уже готовый вариант.

Есть альтернативная, менее вероятная версия: связь со словом «атма» в некоторых тюркских диалектах, означающим «стрела» или «метательное оружие». Тогда прозвище могло относиться к лучнику или мастеру по изготовлению стрел. Однако эта гипотеза слабее: во-первых, «атма» в таком значении узко регионально, во-вторых, суффикс «-мах» в именах чаще образует названия деятеля, а не орудия. Версия с конём остаётся основной.

Носительницы фамилии Атмахова могут считать, что их предки были тесно связаны с коневодством или военным делом в степной полосе России. Фамилия не дворянская и не купеческая — она из крестьянской или казачьей среды, что видно по её простой прозрачной основе.