Прозвище Остроух, от которого пошла фамилия, сложилось из двух слов: «острый» и «ухо». Вряд ли речь шла о форме ушной раковины — скорее, прозвище метило в качество слуха. Прилагательное «острый» в значении «тонкий, чуткий» входило в состав многих прозвищ: остроглаз, остроум, остроух. Так называли людей с отменным зрением, живым умом или чутким слухом. В этом ряду Остроух стоит не особняком, а в общей традиции именования по заметной способности человека.

Замена гласного «о» на «а» в первом слоге — следствие «акающих» говоров, где безударная позиция звучит одинаково. На письме это закрепилось, и фамилия приобрела форму Остраухов, хотя её смысловая связь с исходным прозвищем от этого не разорвалась.

Первые письменные следы родственных фамилий уходят в XVI век. Из документов известен арзамасский помещик Григорий Остроухов, упомянутый в 1592 году. Это раннее свидетельство того, что прозвище уже тогда бытовало в служилой среде и давало начало фамильному роду.

Суффикс -ов в конце фамилии указывает на притяжательную модель: Остраухов — сын Остроуха, потомок человека с таким прозванием. Такую схему образования фамилий русская ономастика знает как одну из самых распространённых: от прозвища отца к фамилии детей.

Прозвище Остроух могло закрепиться и за тем, кто умел подмечать детали, слышать то, что ускользало от других. В крестьянской и служилой среде такая наблюдательность ценилась, поэтому прозвище вряд ли несло насмешливый оттенок — скорее, уважительное признание способности.

В написании фамилии встречается и вариант с буквой «о» во втором слоге — Остроухов. Обе формы восходят к одному корню, но вариант Остраухов закрепился в тех регионах, где аканье было нормой произношения.