Фамилия Черномыс — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка не связано с цветом волос или кожи. Вопреки первому впечатлению, «чёрный мыс» тут ни при чём. Скорее всего, перед нами сложение двух корней: «чёрн-» и «мысл-», где вторая часть — это древнерусское «мысль» или «мыслити». Прозвище Черномыс могли дать человеку угрюмому, мрачному, склонному к тяжёлым думам, или, наоборот, тому, чьи замыслы казались окружающим тёмными, недобрыми. В старину такие составные имена без соединительной гласной встречались: Беломыс, Добромыс, Зломыс.

Модель образования типична для русских фамилий на -ов: от прозвища Черномыс (или календарного имени, если оно существовало в миру) с помощью патронимического суффикса. Это не дворянская фамилия — скорее всего, она принадлежала крестьянам или посадским людям. В дореволюционных переписях Черномысы встречаются в основном в центральных и северных губерниях, особенно в Вологодской и Архангельской областях, где подобные «говорящие» прозвища держались дольше.

Любопытно, что фамилия сохранила архаичную форму без соединительной гласной «о» (сравните с более привычным «Черномыслов»). Если бы прозвище образовалось по продуктивной модели, оно звучало бы как «Черномыслов». Отсутствие этой гласной — косвенное указание на древность прозвища, которое могло закрепиться ещё в допетровскую эпоху, когда двухосновные имена (типа Светозар, Любомысл) были нормой.

В современных справочниках фамилия нечастотная. Ономастические словари (например, работа Б. Унбегауна) не выделяют её особо, но сам принцип образования вписывается в ряд фамилий от прозвищ, характеризующих внутренний мир человека. Версия о том, что «мыс» здесь — географический термин, маловероятна: тогда фамилия звучала бы как «Черномысов» или «Черномысский» и указывала бы на жителя у чёрного мыса. Но суффикс -ов и отсутствие топонимической привязки в говорах склоняют чашу весов к «мысль».