Фамилия Атыханова — женская форма, поэтому для разбора корня удобнее обратиться к мужскому варианту, Атыханов. В его основе лежит составное тюркское имя или прозвище Атыхан, которое распадается на две части: «аты» и «хан».

Первая часть, «аты», допускает два основных толкования. Первое отсылает к тюркскому слову «ат» (конь, лошадь) в притяжательной форме: «аты» — «его конь». Тогда прозвище Атыхан означало бы «хан-конь» или «владеющий конём хан» — почётное именование для искусного наездника или воина. Вторая версия, более вероятная, связывает «аты» с глагольной основой «ат» (стрелять, бросать, метать) или с существительным «атыс» (выстрел). В этом случае Атыхан — «хан-стрелок», «меткий хан» или «хан, который стреляет». Имя могли давать мальчику как пожелание меткости и воинской доблести.

Вторая часть, «хан», — широко распространённый в тюркских языках титул верховного правителя, князя, повелителя. В составе личных имён он часто терял прямое значение властителя и превращался в компонент, подчёркивающий знатность, уважение или просто благозвучие. Сочетание «Аты+хан» — типичная тюркская двуосновная модель, как, например, Айхан (лунный хан), Темирхан (железный хан) или Алтынхан (золотой хан).

Сама фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов-, который присоединяется к основе на твёрдый согласный (Атыхан-ов). Такие фамилии массово возникали у тюркских народов в XIX–XX веках при переходе к паспортной системе и фиксации родовых имён на русский лад. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Атыханов, то есть потомок или человек из рода Атыхана.

Географически фамилия Атыханов/Атыханова чаще всего встречается у народов Северного Кавказа — кумыков, ногайцев, а также у татар и башкир. Встречается и у казахов, где имя Атыхан до сих пор бытует как личное. В русском контексте фамилия редкая, что делает её носителей обладателями яркого маркера тюркской родословной, связанной со степной воинской культурой.