Фамилия Атрихайлов — одна из тех редких русских фамилий, чья форма сразу бросается в глаза. Первое, что замечаешь: суффикс -айлов. Это нестандартный вариант для русского ономастикона. Гораздо привычнее видеть -ов, -ев или -ин. Суффикс -айл встречается в основном в прозвищах и именах тюркского или монгольского происхождения (например, Уразбай, Алтай, Кучай), а также в старорусских неканонических именах. Соответственно, фамилия Атрихайлов могла образоваться от прозвища или имени Атрихайло (Атрахайло), где основа Атрих-/Атрах- — тюркского корня.

Скорее всего, в основе лежит тюркское слово «атыр» или «адыр» — «отделять», «разделять», или же «атыр» (в диалектах) — «душистый», «ароматный». Однако более вероятна версия с корнем «атрак» (устар. «притяжение», «приманка»). В тюркских языках есть слово «атрак» — «то, что притягивает», «приманка». Прозвище Атрак (или Атрахай) могли дать ловкому, умелому человеку, который умел привлекать людей или добычу. Суффикс -айло в русском языке часто придавал прозвищу оттенок фамильярности или принадлежности к определённому роду занятий (сравните: Мазай — от «мазать», Балалай — от «балалайка»). Таким образом, Атрихайло — это человек, связанный с «атраком», то есть, возможно, охотник, зазывала или торговец, умеющий приманивать.

География фамилии Атрихайлов, судя по доступным данным, крайне узкая. Она практически не встречается за пределами нескольких регионов России, преимущественно в южных областях (Волгоградская, Ростовская) и в некоторых районах Сибири, куда переселялись казаки. Это наводит на мысль, что фамилия могла сформироваться в среде донского или кубанского казачества, где были сильны тюркские заимствования. Казаки часто получали прозвища из местного тюркского лексикона, которые затем закреплялись как фамилии.

Словообразовательная модель «основа на -айл + суффикс -ов» — редкая, но закономерная для русских фамилий, образованных от прозвищ на -айло. Сравните: фамилия Мазайлов (от Мазайло), Балалайлов (от Балалайло). Суффикс -ов здесь стандартный патронимический (отвечает на вопрос «чей?»). То есть Атрихайлов буквально означает «сын Атрихайла». Ударение, скорее всего, падает на последний слог: АтрихайлОв, хотя в разговорной речи возможен вариант на второй слог.

Фамилия Атрихайлов не относится к числу дворянских или старомосковских. Её носители, вероятнее всего, были из служилых людей «по прибору» (стрельцы, казаки) или из государственных крестьян. В дореволюционных документах она могла писаться по-разному: Атрахайлов, Атрыхайлов, Отрихайлов — из-за нестабильности безударных гласных и диалектного произношения. Сегодня это очень редкая фамилия, что делает её ценной для генеалогического поиска: найти однофамильцев — значит почти наверняка найти родственников.