Фамилия Тухтаманова — яркий пример того, как русская словообразовательная модель наложилась на тюркское личное имя. Её основа — мужское имя Тухтама, которое в тюркских языках, скорее всего, восходит к слову «тухта» — «стой, остановись». В прошлом такие имена (Тухта, Тухтамыш, Тохтамыш) давали детям с пожеланием-оберегом: чтобы ребёнок «остановил» в семье череду смертей или болезней, чтобы жизнь его была долгой и прочной. Суффикс -ан- в имени Тухтаман — это, по одной из версий, усилительная или ласкательная частица, превращающая пожелание в более мягкое, почти ласковое обращение.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Тухтаман добавили притяжательный суффикс -ов, а затем женское окончание -а. То есть буквально Тухтаманова — «дочь (или жена) Тухтамана». Мужской вариант — Тухтаманов. Такая фамилия могла появиться у человека, чьего отца или предка в документах записали как Тухтаман — скорее всего, это было не редкое в Поволжье и Приуралье прозвище-имя.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили татары, башкиры и другие тюркские народы: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская, Челябинская области. Встречается она и у русских, но почти всегда указывает на тюркские корни по мужской линии. Интересно, что в дореволюционных метрических книгах фамилию могли записать через «о» — Тухтамановъ, а в советское время окончание -а стало обязательным для женщин, так что в современных списках носителей женский вариант встречается не реже мужского.

С точки зрения социальной истории, носители фамилии Тухтаманова в XIX веке чаще всего были крестьянами или мещанами, реже — купцами. Дворянских корней у неё нет: фамилия «простая», образованная от личного имени, а не от названия поместья или титула. Таким образом, предки современного носителя фамилии — скорее всего, обычные люди, получившие фамилию в ходе массового учёта населения после отмены крепостного права.