Фамилия Атнагулова — женская форма мужской фамилии Атнагулов, и её происхождение напрямую связано с тюркским, скорее всего башкирским или татарским, миром. Основа фамилии — составное личное имя Атнагул, которое в тюркской антропонимии складывается из двух частей: «атна» (пятница, неделя) и «гул» (цветок, раб Божий, слуга). Таким образом, Атнагул можно перевести как «цветок пятницы» или «раб, рождённый в пятницу» — пятница в исламе считается священным днём, поэтому имя давали мальчикам, родившимся в этот день, или в знак особого почитания.

Суффикс -ов (-ова) в русской адаптации указывает на принадлежность: Атнагулова буквально означает «дочь или жена Атнагула». Фамилия характерна для народов Поволжья и Приуралья, особенно для башкир и татар, у которых такие сложносоставные имена с компонентом «гул» (от персидского «голь» — цветок) были широко распространены. Встречается она и у казахов, но с другим окончанием (Атнагулова — русская паспортная форма).

Интересно, что в отличие от многих фамилий, образованных от прозвищ или профессий, Атнагулова сохраняет прямую связь с календарным именем. В дореволюционной России носители этой фамилии в основном относились к сословию государственных или ясачных крестьян, реже — к торговцам и муллам. Географически фамилия плотнее всего закреплена в Башкортостане, Татарстане, а также в Оренбургской и Челябинской областях, где исторически проживало тюркоязычное население.

Редкость фамилии в том, что она избежала массового смешения с русскими фамилиями по звучанию — корень «Атна» не имеет славянских аналогов, поэтому сразу выдаёт этническое происхождение. Если встретите эту фамилию за пределами Урала, скорее всего, это потомки переселенцев времён освоения целины или миграций XX века.