Фамилия Нахтигалова — редкий случай, когда прозвище не переводили на русский, а оставили в исходном немецком виде. В её основе лежит немецкое слово «Nachtigall» — соловей. Так могли прозвать человека с хорошим голосом, любителя петь или того, кто рано вставал и работал с рассветом. В славянской среде такое прозвище переделали бы в «Соловьёв», но здесь носитель или его предки сохранили немецкое звучание, добавив русский суффикс принадлежности -ов и женское окончание -а.

Модель образования проста: немецкое прозвище «Нахтигаль» (Nachtigall) + русский патронимический суффикс -ов. Суффикс указывает, что фамилия сформировалась в русскоязычной среде как «сын Нахтигаля». Женская форма Нахтигалова закрепилась за женщинами, а мужская, соответственно, Нахтигалов. Такие фамилии часто встречаются среди потомков немецких колонистов, которых в XVIII–XIX веках приглашали в Россию, или среди обрусевших немцев, живших в городах.

Интересна география бытования. Фамилия Нахтигалова не массовая, но встречается в регионах, где исторически были немецкие поселения: в Поволжье, на юге Украины, в Крыму, а также в Сибири, куда немцев переселяли позже. Встречаются носители и в центральной России — вероятно, потомки тех, кто переехал в города ещё до революции.

С точки зрения ономастики, это не типичная русская фамилия от имени или ремесла, а прозвищная, причём с явным иноязычным корнем. Если сравнивать с однокоренными, то в немецком языке есть фамилия Нахтигаль (Nachtigall) — она встречается в Германии и Австрии. Русская форма с суффиксом -ов — это уже результат адаптации: предок мог быть немцем, но его дети и внуки стали русскими по языку и культуре, оставив память о «соловье» в фамилии.