Фамилия Атнагуллов — одна из тех, что сразу указывает на тюркские корни носителя. Её основа — мужское имя Атнагул, которое хорошо сохранилось в антропонимиконе татар, башкир и некоторых других народов Поволжья и Приуралья. Разберём эту основу по составу: она сложная, состоит из двух частей — «Атна» и «гул». Первая часть восходит к персидскому слову «аджам» или «атна» — «пятница», но в тюркской среде оно закрепилось в значении «пятница» как день недели, а также как часть личных имён. Вторая часть — «гул» — из персидского же «голь» (цветок, роза). Таким образом, имя Атнагул можно перевести как «пятничный цветок» или «цветок пятницы». В исламской традиции пятница — священный день, поэтому имя могло нести пожелание ребёнку быть чистым, благословенным, как этот день.

Суффикс -ов в фамилии — типичный русский патронимический формант, который добавили при оформлении фамилии по русскому образцу. В среде татар и башкир такие фамилии часто возникали в XIX веке, когда начался массовый учёт населения и требовалась фиксация по отчеству. Атнагуллов буквально означает «сын Атнагула». Если бы фамилия сохранила тюркскую модель, она звучала бы как Атнагулов (без удвоения «л») или Атнагуллин, но вариант с -ов и двойным «л» (Атнагуллов) закрепился в русской графике как более точная передача произношения.

Географически фамилия наиболее частотна в Татарстане и Башкортостане, а также в соседних областях — Оренбургской, Челябинской, Самарской. Встречается она и среди казахских родов, но там обычно пишется как Атнагулов. Двойное «л» в русском варианте — это не ошибка, а попытка сохранить долгий согласный, характерный для тюркского произношения. В дореволюционных метрических книгах можно найти и написание через одно «л», что говорит о колебаниях в фиксации.

Спорных версий у фамилии практически нет: все исследователи сходятся на арабо-персидском происхождении имени Атнагул. Иногда пытаются связать первую часть с тюркским «ат» (лошадь) или «ата» (отец), но это лингвистически слабо: в именах такого типа «атна» устойчиво означает именно пятницу. Социально предки носителей фамилии — скорее всего, крестьяне или ремесленники из числа служилых татар, которые после завоевания Казани перешли в сословие государственных крестьян или торговцев. Дворянских родов с такой фамилией в российских родословных книгах не зафиксировано.