Фамилия Атнакаев — один из примеров того, как тюркские имена, связанные с религиозным календарём, закрепились в русской фамильной системе. В её основе лежит мужское имя Атнакай, которое образовано от слова «атна» — так в ряде тюркских языков называют пятницу, священный день у мусульман, сопоставимый по значению с христианским воскресеньем или иудейской субботой. К этой основе присоединён уменьшительно-ласкательный аффикс -кай, который придаёт имени оттенок близости или нежности. Таким образом, Атнакай буквально означает «пятничка» или «рождённый в пятницу» — имя могли дать мальчику, появившемуся на свет в этот день, чтобы отметить особую дату рождения.

Словообразовательная модель фамилии типична для русифицированных тюркских фамилий: к основе Атнакай добавлен русский патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность к отцу («сын Атнакая»). В тюркской среде фамилии на -ев/-ов часто возникали при переходе на русскую административную систему в XIX — начале XX века, когда фиксировали отчество как фамилию. Поэтому Атнакаев — это по сути «Атнакаевич», но оформленный по русскому образцу.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили тюркские народы, исповедующие ислам: Татарстан, Башкортостан, Оренбуржье, а также некоторые районы Урала и Поволжья. Встречается она нечасто, что говорит о её локальном происхождении — возможно, от конкретного рода или селения, где имя Атнакай было распространено.

Стоит отметить, что в некоторых говорах слово «атна» может иметь и другие значения, но в контексте антропонимии именно религиозная коннотация — «пятница» — считается основной. Альтернативные версии, связывающие основу с другими тюркскими корнями (например, «ат» — конь), выглядят менее убедительными, так как не объясняют присутствие характерного аффикса -кай, который в именах обычно служит именно уменьшительно-ласкательным элементом, а не частью сложного слова.