Фамилия Атнагуллова — женская форма, образованная от мужской Атнагуллов по стандартной русской модели с суффиксом -ов (в женском роде — -ова). Такая модель была массово заимствована при русификации тюркских имён в XIX–XX веках. Сама основа — сложносоставное тюркское имя Атнагул, где «Атна» в татарском и башкирском языках означает «пятница» (священный день у мусульман, день общей молитвы), а вторая часть «гул» восходит к арабскому «гуль» — «цветок», «роза» или «красавица». Получается «пятничный цветок» или «цветок пятницы» — имя с очевидным религиозным оттенком: ребёнка могли так назвать в честь дня рождения или в знак благодатности этого дня.

В отличие от многих русифицированных фамилий, где основа со временем редуцировалась, здесь сохранилась полная форма имени. Встречаются варианты написания с одной «л» — Атнагулова, что связано с особенностями произношения и записи в документах. Ударение в фамилии традиционно падает на последний слог: Атнагулло́ва.

География фамилии довольно узкая и предсказуемая: Татарстан, Башкортостан и регионы с компактным проживанием татар и башкир. Предки носителей фамилии, скорее всего, были людьми, носившими имя Атнагул, а в быту их называли по отцу — «сын/дочь Атнагула». Сословная принадлежность могла быть разной: от крестьян до купцов, но точных данных по конкретному роду без генеалогического исследования нет.