Фамилию Айтыманов стоит начать разбирать с суффикса, а не с корня — это сразу выдаёт её историю. Суффикс -ов в русских фамилиях означает принадлежность («чей?»), и здесь он приставлен к тюркской основе, а не к славянской. Так тюркское имя или прозвище «обрусели» при оформлении документов: был Айтыман, стал Айтыманов. Вариант без суффикса — Айтыман — встречается редко и остался, скорее всего, в среде, где русификация не требовалась.

Основа фамилии — личное имя Айтыман, сложное из двух частей: «ай» (луна, месяц) и «тыман», что восходит либо к «туман», либо к «тымын» (тьма, мрак, покой). В тюркских языках, особенно в казахском и киргизском, имя Айтыман (или Айтуман) означает «лунный туман» или «светлая мгла» — поэтичный образ из степной традиции называть детей по природным явлениям. Есть и другая версия: связь со словом «айтыс» (состязание акынов), но она маловероятна: суффикс -ман в ономастике обычно указывает на состояние или качество, а не на действие.

Фамилия распространена в Казахстане, Киргизии и среди тюркоязычных народов России — башкир и татар. В русских документах XIX — начала XX века её записывали по-разному: Айтыманов, Айтуманов, Айтманов. Последний вариант особенно показателен: если отбросить суффикс -ов, получится фамилия Айтман, которая встречается у карачаевцев и балкарцев и означает «лунный человек» (ай — луна, тман/тыман — человек). Возможно, Айтыманов — фонетически изменённая форма того же имени, адаптированная под русскую речь.

По сословной принадлежности фамилия не связана с дворянством или духовенством. Носители Айтымановых — чаще всего потомки скотоводов, земледельцев или ремесленников из аулов, где имя Айтыман давали мальчикам, родившимся в туманную лунную ночь. В советское время написание закрепилось в паспортах и унифицировалось. Сейчас фамилия нередкая, но не массовая: по открытым данным, в России насчитывается несколько сотен человек, основная концентрация — в Оренбургской области и Башкортостане.