Фамилия Айтмухамбедов — редкий пример сложения двух арабских корней через тюркскую огласовку. Её основа составная: первая часть «Айт» восходит к арабскому «айд» (праздник) или тюркскому «айт» (говорить, называть), вторая — «Мухамбед» — региональный фонетический вариант имени Мухаммед (восхваляемый). Соединение даёт значение «праздник Мухаммеда» или «названный в честь Мухаммеда». Такие двусоставные имена типичны для казахской и каракалпакской традиции, где к имени пророка добавляли благопожелательный компонент.

Суффикс -ов указывает на русскую адаптацию фамилии, полученную в XIX–XX веках при документальном оформлении кочевого населения Средней Азии. В оригинале у казахов и каракалпаков фамилия звучала бы как Айтмухамбед (без суффикса) или Айтмухамбедұлы (сын Айтмухамбеда). Переход к -ов произошёл массово в советских паспортных столах, когда тюркские отчества и родовые имена приравнивали к русским фамилиям.

Географически фамилия тяготеет к западному Казахстану и Каракалпакстану. Встречается в Кызылординской, Актюбинской областях Казахстана и в Республике Каракалпакстан (Узбекистан). Редкость фамилии объясняется тем, что она образована не от одного из самых частых имён (просто Мухаммед), а от составного, которое давали реже.

В отличие от фамилий на -ов от односложных имён (Ахметов, Ибраев), Айтмухамбедов сохраняет ударение на второй слог основы: Айтмуха́мбедов. В разговорной речи встречается вариант Айтмухамбе́дов, но нормативным считается ударение на «а» в корне «хам».