Фамилия Айтахынова принадлежит к числу фамилий, образованных по тюркской модели, и её разбор стоит начать с географии: она типична для народов Северного Кавказа, в первую очередь для кумыков, ногайцев и карачаево-балкарцев. Основа фамилии — мужское личное имя Айтахын, которое состоит из двух тюркских корней: «ай» (луна, месяц) и «тахын» (жеребёнок, стригунок). В буквальном прочтении имя означает «лунный жеребёнок» — метафора, характерная для тюркской антропонимии, где названия детёнышей животных (часто коней) служили ласковыми или пожелательными именами. Смысл такого имени — пожелание красоты, чистоты и силы, сравнимых с месяцем и молодым конём.

Фамилия образована при помощи русского суффикса -ов/-ев, адаптированного под женский род через окончание -а. Это стандартный механизм русификации тюркских фамилий в XIX–XX веках: к основе Айтахын добавили патронимический суффикс, так что первоначально Айтахынов — «сын Айтахына». Женская форма Айтахынова, таким образом, исторически вторична и фиксирует принадлежность к роду, а не прямое имя матери.

Суффикс -ын в самом имени Айтахын — редкий для тюркских имён, он может указывать на уменьшительно-ласкательную форму или на принадлежность (буквально «относящийся к жеребёнку»). В ономастике Северного Кавказа встречаются параллельные варианты: Айтахынов, Айтахин, Айтахов — все они восходят к одному корню, но различаются диалектным произношением. Фамилия не получила широкого распространения за пределами кавказского региона, что делает её локально маркированной: носители почти наверняка связаны с кумыкскими или ногайскими сёлами Дагестана и Ставрополья.

В дореволюционных метрических книгах фамилия могла записываться через «а» в конце (Айтахынова) уже у женщин, но мужская форма фиксировалась как Айтахынов. Из-за особенностей тюркской фонетики возможны колебания ударения: у самих носителей ударение часто падает на последний слог (Айтахыно́ва), в то время как в русской среде смещается на третий (Айта́хынова). Никаких сведений о дворянском или казачьем происхождении фамилии нет — это крестьянский или горский род, чьи предки, скорее всего, занимались скотоводством и земледелием, что косвенно подтверждает «конская» семантика имени-основы.