Фамилия Атосова — женская форма, образованная от мужской Атосов. В основе лежит прозвище Атос, и здесь сталкиваются сразу несколько возможных значений, причём ни одно из них не выглядит натянутым. Самая очевидная версия — книжная или географическая. Атос — это русская передача названия горы Афон (греческое «Святая гора»), знаменитого монастырского комплекса в Греции. Прозвище Атос могли дать паломнику, побывавшему на Афоне, или монаху, имевшему к этим местам отношение. В XIX веке, после выхода романа Дюма, имя Атос стало ассоциироваться с одним из трёх мушкетёров, но для фамилии это, скорее всего, вторичный, литературный след, а не источник.

Вторая версия уводит в тюркские языки. Крымско-татарское «ates» означает «огонь, пламя». Если принять этот корень, то прозвище Атос мог получить человек вспыльчивый, страстный, с «горячим» характером. Это распространённая модель для прозвищ по внутренним качествам.

Третья версия — самая неожиданная и редкая, но именно она придаёт фамилии уникальный оттенок. В белорусском языке есть слово «атоса» — так называется деталь конской упряжи: ремень или верёвка, которые натягивают от оглобли к оси переднего колеса, чтобы выровнять ход повозки. Если прозвище пошло отсюда, то его получил мастер, делавший эту часть сбруи, или возница, умело с ней обращавшийся. Таким образом, предок Атосовых мог быть и паломником, и горячим человеком, и ремесленником-шорником. Какая из версий верна для конкретной семьи — без генеалогического исследования сказать нельзя, но все они вписываются в логику русских прозвищ.