Фамилия Атмасова — женская форма фамилии Атмасов, и её происхождение напрямую связано с мужским вариантом. Разбирать фамилию стоит не с корня «атм-», а с необычного суффиксального элемента. В фамилии Атмасов выделяется суффикс -ов, типичный для русских фамилий, образованных от прозвищ или мирских имён. Но основа «Атмас» — редкая и неочевидная. Она не связана с греческим «атмос» (воздух), хотя такое сходство иногда вводит в заблуждение. Это народная, разговорная форма, а не книжное заимствование.

Наиболее вероятная версия: основа «Атмас» восходит к тюркскому или арабскому имени Атмас. В тюркских языках (например, татарском, башкирском) слово «атмас» буквально означает «не стреляет», «не бьёт». Это могло быть прозвищем спокойного, мирного человека — того, кто не лезет в драку, не агрессивен. В мусульманских именниках имя Атмас встречается как вариант Атмаш, Атмаз, и его значение часто трактуют как «неуязвимый», «тот, кого не берёт пуля» — то есть защищённый, счастливый. Вторая, менее распространённая версия: от глагола «атмас» — «не бросит», «не кинет», то есть надёжный человек.

Географически фамилия Атмасовы (и Атмасова) тяготеет к регионам с сильным татарским и башкирским влиянием — Поволжье, Урал, Оренбуржье. Встречается она и у русских, и у крещёных татар, и у представителей других народов региона. Это говорит о том, что в основе лежит не христианское календарное имя, а местное, бытовое прозвище, которое позже оформилось в фамилию по русской модели.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Атмашкин, Атмачев — показывает, что корень «атмаш-» / «атмас-» в русской среде подвергался разной адаптации. Форма Атмасов — одна из самых распространённых в этой группе. Суффикс -ов указывает на патронимическое происхождение: «чей?» — Атмасов, то есть сын Атмаса. Таким образом, носительница фамилии Атмасова — потомок человека, которого в XV–XVII веках прозвали или назвали Атмасом, подчёркивая его мирный нрав или, наоборот, защищённость от бед.