Фамилия Бесхмельницына образована от прозвища Бесхмельница, а в его основе лежит слово «хмель». Хмель — вьющееся растение, которое издавна использовали для приготовления пива и медовых вин. Приставка «бес-» (в современном написании «без-») указывает на отсутствие чего-либо. Поэтому прозвище могли дать человеку, которого никогда не видели пьяным, — буквально «бесхмельный», то есть не употребляющий хмельных напитков. Есть и другая версия: так могли назвать крестьянина, у которого не урождался хмель на участке, — в регионах, где его культивировали, это было заметным невезением.

Фамилия несёт редкий суффикс -ицын, который характерен для северных и некоторых центральных говоров. В русской ономастике фамилии на -ицын обычно указывают на принадлежность к женщине по прозвищу (в данном случае — к Бесхмельнице). Поскольку фамилия стоит в женской форме, её мужской вариант — Бесхмельницын. Такая модель встречается нечасто: большинство фамилий от прозвищ с приставкой «без-» оканчиваются на -ов или -ин (например, Безруков, Беспалов), а здесь мы видим более архаичный способ словообразования.

В исторических источниках фамилия почти не встречается — это говорит о её локальном бытовании. Скорее всего, она возникла в среде крестьян или посадских людей, где прозвища часто отражали бытовые привычки или хозяйственные неудачи. Потомок человека по прозвищу Бесхмельница со временем получил фамилию Бесхмельницына, которая закрепилась в одном-двух родах.