Фамилия Матрахова — женская форма фамилии Матрахов, а та в свою очередь образована от прозвища или нецерковного имени Матрах. В основе лежит слово «матрах» — так в южных и западных говорах называли тюфяк, матрас. Слово это тюркского происхождения (от арабского «матрах» — место, куда что-то бросают, или подстилка). Прозвище Матрах могли дать человеку полному, медлительному или, напротив, тому, кто торговал или изготавливал матрасы.

Модель образования простая: к основе на твёрдый согласный добавили типичный русский суффикс -ов, указывающий на принадлежность («сын Матраха»). Фамилия редкая, её география тяготеет к югу России и Поволжью, где сильны тюркские языковые влияния. Встречаются также варианты Матрашев и Матрашов — от той же основы, но с другим суффиксом.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с греческим именем Матфей или его народной формой Матра (через «Матрёна»), но для этого случая ожидалась бы фамилия Матрин или Матрёнин. Суффикс -ах- в русской антропонимии чаще образует прозвищные формы, чем уменьшительные от канонических имён. Поэтому ремесленная или описательная версия — основная.