Фамилия Атналеевы — один из примеров, как тюркское или восточное имя прочно вошло в русскую фамильную систему. В основе фамилии лежит мужское имя Атналей (встречается вариант Атнали). Скорее всего, оно восходит к персидскому «атна» — «пятница». У мусульман пятница — священный день, поэтому имя могли дать мальчику, родившемуся в этот день недели. Такая модель имянаречения (по дню рождения) хорошо известна в тюркской и арабо-персидской традиции.

Есть и вторая версия, которая связывает фамилию не с календарём, а с этносом. Слово «атналы» — название одного из башкирских племён. В этом случае прозвище Атналей могло указывать на принадлежность предка к этому роду или территории. Обе гипотезы не противоречат друг другу: имя могло быть и календарным, и этническим, но в любом случае оно восточного происхождения.

Фамилия Атналеевы образована по стандартной русской модели: к основе Атналей добавили патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («чей?» — Атналеев сын). Такая модель окончательно закрепилась в XV–XVII веках, когда в России активно шёл процесс оформления фамилий у служилых людей, в том числе у выходцев из Орды, от печенегов или половцев. Многие дворянские роды имели нерусские корни, и фамилия Атналеевы — один из памятников этого смешения культур.

Словообразовательно фамилия проста: корень Атнал- + суффикс -ев. Ударение, скорее всего, падает на предпоследний слог: Атналéев. В написании возможны варианты (через «и» или «ы» на конце: Атналеевы — форма множественного числа, обозначающая род в целом), но основа остаётся неизменной.