Фамилия Тахаутдинова образована по самой распространённой в русской ономастике модели — с суффиксом -ов/-ев, который превращает отчество или прозвище в наследственную фамилию. В данном случае исходной формой было мужское имя Тахаутдин (в русской бытовой передаче — Тахаутдин), а сама фамилия буквально означает «потомок Тахаутдина». Женское окончание -а указывает на то, что перед нами вариант, закрепившийся за женщиной или переданный по женской линии, хотя в официальных документах фамилия может фигурировать и в мужской форме — Тахаутдинов.

Основа фамилии — сложное арабо-персидское имя Тахаутдин, которое состоит из двух частей. Первая часть «Тах» — это сокращённая форма арабского имени Тахир (чистый, безгрешный), либо восходит к персидскому корню со значением «сила», «мощь». Вторая часть — «утдин» (араб. ад-дин) означает «вера», «религия». Таким образом, имя Тахаутдин можно перевести как «чистота веры» или «сила веры». Это типичное для мусульманского мира теофорное имя, которое давали мальчикам в семьях, подчёркивающих религиозные ценности.

Фамилия Тахаутдинова имеет отчётливую региональную привязку. Она характерна для татарского и башкирского антропонимикона, где подобные арабо-персидские имена с элементом «утдин» особенно часты (ср. Шарафутдинов, Валиутдинов, Хуснутдинов). Носители фамилии традиционно проживают в Татарстане, Башкортостане, а также в соседних областях Поволжья и Приуралья. В дореволюционной России такие фамилии не давали прямых указаний на сословие: их могли носить и сельские муллы, и крестьяне, и купцы — главным маркером была не социальная иерархия, а этноконфессиональная принадлежность.

Редкость фамилии в том, что имя Тахаутдин встречается реже, чем, например, Хуснутдин или Валиутдин. Поэтому фамилия Тахаутдинова не столь распространена, как однокоренные «братья», и её носители чаще всего связаны родством через общую патриархальную линию, восходящую к конкретному предку по имени Тахаутдин. В метрических книгах и ревизских сказках XIX века мужская форма Тахаутдинов фиксируется в основном среди татар-мусульман Оренбургской и Казанской губерний.