Фамилия Атяйкин образована по классической русской модели: суффикс -ин указывает на принадлежность, то есть «сын Атяйки». В основе лежит имя или прозвище Атяйка — краткая форма, типичная для крестьянской и мещанской среды XV–XVII веков. Однако за этим простым словообразованием скрывается необычная история корня.

Корень «Атя» или «Ат» в русском именослове имеет несколько возможных источников. Самое вероятное для центральной России — производное от канонических имён Артемий (в народной форме Артём) или Афанасий. Уменьшительные формы вроде Атя, Атяй, Атяйка образовывались по распространённой модели: усечение основы и добавление суффикса -яй. Такие имена фиксируются в исторических документах: например, в XVI веке встречается крестьянин Атяй в новгородских писцовых книгах. Менее распространённая, но возможная версия — связь с тюркским именем Атай (означает «отец» или «дед»), что могло попасть в русскую среду через татарские или башкирские контакты, особенно в Поволжье.

География фамилии Атяйкин сегодня довольно узкая, и именно она указывает на главную особенность. Основные очаги — Мордовия, Нижегородская область, Чувашия. Это не случайно: в этих местах исторически жили эрзяне и мокшане, у которых имя Атяй (от эрзянского «атя» — старик, мужчина) было вполне обычным личным именем. Таким образом, для многих носителей фамилии Атяйкин исходное имя могло быть не церковным, а дохристианским, мордовским. Это отличает фамилию от большинства русских фамилий на -ин, восходящих к славянским или греческим корням. В написании фамилия устойчива: ни Атяйкина, ни Атяйкины не меняют корень. С точки зрения словообразования это классическая патронимическая фамилия, но с необычной основой, которая может ввести в заблуждение: многие думают, что в ней слышится что-то уменьшительное от «ать» или «тятя», но на деле это полноценное личное имя, а не прозвище от родственной связи.