Фамилия Атнабаевы образована от тюркского имени Атнабай. В основе лежит слово «атна» — «пятница», священный день у мусульман, и «бай» — «господин, повелитель, хозяин». Таким образом, имя Атнабай могло означать «родившийся в пятницу» или «господин, связанный с пятницей». Фамилия закрепилась по отцу: Атнабай → Атнабаев (чей?).

Своими корнями фамилия уходит в XV–XVII века, в период активного взаимодействия русских княжеств с тюркскими народами — выходцами из Золотой Орды, печенегами или половцами. Многие нерусские по происхождению дворяне и служилые люди входили в состав российского дворянства, и их имена ложились в основу фамилий. Фамилия Атнабаев — не исключение: её родоначальник, скорее всего, был тюрком по происхождению, принявшим православие или служившим при русском дворе.

Словообразовательная модель типична для восточных фамилий, адаптированных русским языком: основа имени + суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Такой суффикс указывает на принадлежность к роду: «сын Атнабая».

Фамилия распространена среди татар, башкир и других тюркских народов Поволжья и Урала. Встречается также у русских, но почти всегда указывает на тюркские корни предков. География бытования — преимущественно Башкортостан, Татарстан, Оренбургская и Челябинская области.

Фамилия Атнабаев — не просто родовое имя, а памятник восточной письменности и культуры, сохранивший в себе древнее имя, связанное с религиозным календарём и социальным статусом.