Фамилия Атналеев образована от мужского имени Атналей (или Атнали). Скорее всего, имя дали ребенку, родившемуся в пятницу: в основе лежит персидское слово «атна», означающее «пятница» — священный день у мусульман. Такая практика — называть детей по дню недели — распространена в тюркской и мусульманской традициях.

Есть и другая версия, хотя она менее вероятна. Согласно ей, в основе фамилии лежит этноним «атналы» — название одного из башкирских племен. В таком случае прозвище Атналей могло указывать на этническую принадлежность предка, то есть на его принадлежность к этому племени. Однако имя собственное, связанное с днём недели, выглядит более естественным источником для личного имени, от которого затем образовалась фамилия.

Фамилия образована по типичной для тюркских языков модели: к основе имени Атналей добавляется русский патронимический суффикс -ев, который указывает на происхождение «сын Атналея». Это говорит о том, что фамилия оформлялась уже в русскоязычной среде, вероятно, в период, когда у башкир, татар и других народов Поволжья и Приуралья начали фиксировать фамилии по русскому образцу. Среди носителей фамилии Атналеев много жителей Башкортостана и соседних регионов, что косвенно подтверждает связь с башкирской и татарской культурной средой.