Фамилия Атюшев — редкий случай в русском ономастиконе, где за привычным суффиксом -ев стоит неочевидная основа. Вопреки ожиданию, корень здесь не славянский, а тюркский. Фамилию образовали от личного имени Атюш (или Атюш), которое является диалектной формой тюркского имени Атиш — «огонь». В татарской и башкирской среде имя Атиш (с вариантом Атюш) давали мальчикам, желая им горячего, пылкого характера или связывая с культом огня у древних тюркских народов. Суффикс -ев указывает на русскую модель патронимии: Атюшев буквально значит «сын Атюша».

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — зоне давних контактов славянского и тюркского населения. Наибольшая концентрация носителей зафиксирована в Мордовии, Татарстане и Пензенской области. Этот ареал подсказывает, что предки Атюшевых были, скорее всего, крещёными татарами или мордвой, принявшими православие и вместе с ним русскую фамильную форму. При этом имя сохранилось в быту как мирское, нецерковное, и лишь при переходе к фамилиям закрепилось в документах.

Любопытна и альтернативная версия, хоть и менее убедительная. В некоторых говорах «атюш» или «атюха» могло быть прозвищем неуклюжего человека — от глагола «тюхнуть» (ударить, толкнуть) с типичным для русских диалектов акающим началом. Но эта гипотеза слабее: для прозвищ с корнем тюх- в русском языке есть фамилии Тюхин, Тюхов, а форма Атюшев с ударением на первый слог и твёрдым «ш» явно указывает на тюркский источник.

В написании фамилии стоит обратить внимание на букву «ш»: в исходном имени Атюш звук мягкий, но суффикс -ев твёрдый, поэтому на письме получилось Атюшев, а не Атюшев (с «щ»). Эта орфографическая деталь — дополнительное свидетельство, что фамилия оформлялась русскими писцами на слух, без попытки сохранить мягкость основы.