Фамилия Пухнатова — женская форма фамилии Пухнатов, и её разбор лучше начать не с корня, а с суффикса. Модель образования типична для восточнославянских фамилий: основа оканчивается на твёрдый согласный, поэтому добавляется суффикс -ов (в женском роде — -ова). В данном случае основа — Пухнат, что сразу указывает на прозвищное происхождение.

Корень «пух-» в русских говорах многозначен, и здесь возможны две основные версии. Первая и самая прямая: прозвище Пухнат могли дать человеку с пышными, мягкими волосами или бородой — «пухнатый» в диалектах значит «пушистый», «лохматый». Вторая версия отсылает к глаголу «пухнуть»: прозвище мог получить полный, одутловатый человек или тот, кто часто болел с отёками. Обе версии правдоподобны, но первая более распространена в ономастике: прозвища по внешности (особенно по волосам) встречаются чаще, чем по болезненному состоянию.

Суффикс -ат в основе Пухнат — типичный для русских прилагательных и прозвищ со значением «обладающий признаком» (сравните: носатый, бородатый). То есть Пухнат — это «тот, у кого есть пух», «пушистый». Такие прозвища легко ложились в основу фамилий без дополнительных изменений, кроме патронимического суффикса.

Географически фамилия Пухнатов (и Пухнатова) встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, особенно в Воронежской и Ростовской областях, что косвенно указывает на южнорусские говоры, где слово «пухнатый» было в ходу. В северных говорах чаще использовали бы «пушистый» или «мохнатый».

С точки зрения социального статуса, фамилия не несёт признаков дворянского или духовного происхождения: отсутствие суффикса -ский и типичная крестьянская модель на -ов говорят о том, что предки носителей фамилии были, скорее всего, крестьянами или однодворцами. В документах XVII–XVIII веков такие прозвища часто фиксировались как уличные клички до введения обязательных фамилий.

Редкость фамилии Пухнатова в сравнении с однокоренными Пухов или Пуховцев может объясняться тем, что форма с -ат закрепилась в узком ареале и не получила массового распространения при переписях.