Фамилия Атяева — женская форма фамилии Атяев. Мужской вариант объясняет её происхождение: Атяев значит «сын Атяя» или «потомок Атяя». Само имя Атяй — это краткая, уменьшительная форма от канонического имени Артемий (в народном произношении — Артем). Основа «Ат-» получилась усечением первой части: Артем → Атя → Атяй. Суффикс -ай в русских именах придавал ласкательный или просторечный оттенок — как в именах Мишай от Михаил или Васяй от Василий. По этой версии Атяй — «маленький Артемий».

Но для фамилии Атяева есть и вторая версия, не менее вероятная. У татар, башкир и других народов Поволжья имя Атяй (или Атай) означает «отец», «батюшка», «дед». В таком случае фамилия могла возникнуть как прозвище уважаемого старшего в роду или как патроним от имени предка. География фамилии Атяевых — преимущественно южные регионы России (Ростовская, Волгоградская области) и Поволжье, что делает тюркскую версию вполне вероятной для части носителей. Славянский суффикс -ев (а не -ин) указывает, что основа имени оканчивалась на мягкий согласный или й — это одинаково подходит и для русского Атяй, и для тюркского Атай.

Модель образования фамилии типична для русских фамилий XVII–XIX веков: к основе прозвища или имени (Атяй) добавляли притяжательный суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей сын?» — Атяев). В дореволюционных документах фамилия могла писаться как Атяевъ. Среди носителей фамилии Атяевых встречаются как потомки крестьян, так и казаков — фамилия зафиксирована в донских и кубанских станицах. Единичные случаи бытования фамилии в Сибири, скорее всего, связаны с переселенцами из Европейской России.

Однокоренные фамилии: Атяев, Атягин, Атянин, Атяшев. Все они восходят к той же основе Атя- с разными суффиксами. Атяева — одна из тех фамилий, где за короткой формой стоит либо древнерусское имя, либо тюркское слово. Точное происхождение для конкретной семьи можно выяснить только по архивным записям о предке-основателе.