Фамилия Тохтарханов — один из тех случаев, когда в основе лежит не просто личное имя, а полноценный составной титул или почетное прозвище. Корень здесь — тюркское мужское имя Тохтархан. Оно состоит из двух частей: «тохтар», что восходит к глаголу со значением «останавливаться», «задерживаться», «устоять» (в переносном смысле — «стойкий», «твердый»), и «хан» — верховный правитель, владыка у тюркских народов. Получается либо «стойкий хан», либо «хан, который останавливает (врага)» — имя-пожелание, распространенное в среде тюркской знати.

Фамилия образована по классической русской модели: к основе Тохтархан добавлен патронимический суффикс -ов, который означает «сын Тохтархана» или «потомок Тохтархана». Такая модель типична для фамилий, возникших у народов Северного Кавказа, Поволжья и Средней Азии, попавших в орбиту русского делопроизводства в XIX — начале XX века. В отличие от чисто русских фамилий на -ов, здесь не было промежуточной стадии отчества — фамилию часто записывали сразу по имени деда или отца при переписи или приписке к казачьему сословию.

Скорее всего, предки носителей этой фамилии были мусульманами и принадлежали к тюркоязычным народам — кумыкам, ногайцам, татарам или балкарцам. Встречается фамилия и у чеченцев, хотя для вайнахской традиции более характерны фамилии на -ев. Важная деталь: компонент «хан» в основе не обязательно указывает на реальное правление. У тюркских народов «хан» часто становился частью личного имени просто как знак уважения или пожелания власти, так что предок мог быть не монархом, а зажиточным узденем (дворянином) или воином.

По написанию фамилия устойчива: варианты вроде «Тохтарханов» с двойным «а» в середине встречаются редко и обычно считаются ошибкой. В дореволюционных документах могла фиксироваться форма «Тохтархановъ». Фамилия довольно редкая, что говорит о том, что родоначальник был заметной фигурой в своем ауле или селении — иначе прозвище по его имени не закрепилось бы за всеми потомками.