Фамилия Нурмуханов — одна из тех, что прямо указывает на имя родоначальника. Она образована от арабско-тюркского мужского имени Нурмухан, по очень распространённой в русской (и шире — в восточнославянской) среде модели: к основе добавили русский патронимический суффикс -ов. Получается «сын Нурмухана». Замена тюркского окончания -улы или персидского -заде на славянский суффикс — обычное дело для фамилий, которые оформились у народов Поволжья, Урала и Средней Азии в XIX–XX веках, при взаимодействии с русской администрацией.

Само имя Нурмухан — составное. Первая часть, нур (от арабского «нур» — свет, сияние), часто встречается в мусульманских именах (Нурлан, Нурсултан). Вторая часть — мухан. Тут возможны два толкования. Наиболее вероятное: мухан — это искажённое или диалектное произношение арабского Мухаммад (прославленный, достохвальный). В тюркских языках имя пророка нередко редуцировалось до кратких форм — Мукхан, Мухан. В таком случае Нурмухан означает «Свет Мухаммада» или «Сияние, подобное пророческому». Вторая, менее распространённая версия: мухан восходит к персидскому «мухан» (печаль, скорбь), и тогда имя толкуют как «Свет в печали» — обережное имя, дававшееся в трудные времена, но эта гипотеза слабее, так как корень «мухаммад» в именослове встречается куда чаще.

Географически фамилия Нурмуханов типична для татар, башкир, казахов. Встречается она и у узбеков, но реже. У казахского народа имя Нурмухан популярно само по себе, поэтому фамилия Нурмуханов там одна из самых узнаваемых среди образованных от составных имён с компонентом «нур». В русских документах XIX века могли записать и как Нурмуханов, и как Нурмухамедов — разница в написании отражала то, как чиновник на слух воспринимал произношение имени. Сейчас форма без «мед» закрепилась как стандартная.

Словообразовательная модель проста, но в ней есть одна деталь, которая выделяет эту фамилию среди десятков похожих: ударение. В большинстве фамилий на -ов ударение падает на последний слог (Иванов, Петров), а у Нурмухановых — почти всегда на предпоследний, на «а» (НурмухАнов). Это сохраняет ритмику исходного имени и выдаёт нерусское происхождение основы. Так что, услышав фамилию, можно сразу определить, что её носитель — из тюркской или мусульманской среды, где имя отца было двухкорневым и произносилось с ударением на втором слоге.