Фамилия Атмурзаевы — редкий случай, когда тюркское имя перешло в русскую фамилию почти без изменений, сохранив свою внутреннюю форму. В её основе лежит мужское имя Атмурза, которое распадается на две части: «ат» (конь, лошадь) и «мурза» (господин, князь, знатный человек). Буквально имя означает «конный мурза» или «господин коня» — прозвище, указывавшее на статус всадника, воина или владельца табунов. В тюркской ономастике такие двухосновные имена («Атмурза», «Атназар», «Атбай») были распространены у башкир, татар, ногайцев и народов Кавказа.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на согласный или -а. Типичный патроним: Атмурза → Атмурзаев → Атмурзаевы (родовая форма множественного числа). Здесь нет диалектного суффикса -ин или -ский, что говорит о сравнительно поздней фиксации фамилии в русских документах — скорее всего, в XIX — начале XX века, когда крестьянам и инородцам массово записывали фамилии по отцу.

Географически фамилия привязана к регионам, где смешивались тюркское и русское население: Оренбуржье, Башкортостан, Татарстан, Челябинская область. Встречается и у кабардинцев, и у балкарцев, где имя «Атмурза» тоже бытовало, но там фамилия могла писаться через «хъу» или «къу» (как Атмурзаев, Атмурза). В советских паспортных столах закрепился именно русский вариант с окончанием -ев.

Споров о происхождении почти нет: версия «от коня + мурза» — единственная убедительная. Слабая попытка возвести «ат» к арабскому «ат» (дар) или персидскому «ата» (отец) не выдерживает критики — в тюркских языках «ат» в значении «лошадь» зафиксирован повсеместно, и сочетание с титулом «мурза» даёт ясную социальную характеристику предка. Так что первые носители фамилии — скорее всего, конные воины или зажиточные скотоводы, чьё прозвище стало родовым именем.