Фамилия Гаталхаков происходит от мужского имени Гаталхан, которое состоит из двух основ. Первая часть — «гатал» — восходит к осетинскому имени Гацал. По одной из версий, оно связано с осетинским словом «гыццыл», то есть «маленький, небольшой». Чередование звуков т/ц здесь не случайность, а результат диалектного влияния — в разных говорах одно и то же имя могло звучать по-разному. Есть и другое предположение: имя Гатал этимологически восходит к осетинскому «гъæйттæй» — «дружно, быстро, активно». Вторая часть имени — «хан» — тюркского происхождения, от слов «хаган, хакан, каган», означающих «властитель, монарх».

Такая модель образования — тюркский титул в сочетании с именем собственного корня — встречается в фамилиях народов Кавказа и Поволжья. Суффикс -ов стандартно указывает на принадлежность: Гаталхаков буквально значит «сын (или потомок) Гаталхана». В русской традиции фамилии на -ов закрепились как основной тип для нерусских имён, прошедших через документальную фиксацию в XIX — начале XX века.

Процесс формирования фамилий был длительным, поэтому точно определить, когда и где именно возник род Гаталхаковых, можно только на основе генеалогических изысканий. Однако осетинская основа первой части имени и тюркская — второй указывают на регионы, где эти языковые традиции пересекались: вероятно, Северный Кавказ, Осетия или соседние области с сильным тюркским влиянием. Сама фамилия редкая, и её носители, скорее всего, происходят из одной локальной группы, где имя Гаталхан передавалось как родовое.