Фамилия Чернорыж — редкий образец русской двухкорневой фамилии, образованной от прозвища. В её основе лежит сочетание двух контрастных цветов: «чёрный» и «рыжий». Прозвище Чернорыж могли дать человеку с необычной внешностью — например, с чёрными волосами и рыжей бородой, или наоборот, с рыжими волосами и очень тёмной, смуглой кожей. В русских говорах «рыжий» не всегда означал именно цвет волос: так могли называть человека с веснушками, с красноватым отливом кожи или даже с «рыжей» (грязно-жёлтой) бородой. Таким образом, прозвище фиксировало яркую, бросающуюся в глаза особенность.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий, но не самая частая. Суффикс отсутствует — фамилия застыла в форме чистого прозвища (как, например, Седов или Кривонос). Это указывает на то, что прозвище Чернорыж, скорее всего, закрепилось за родоначальником без изменений, а уже его дети и внуки стали Чернорыжами. Встречаются варианты написания через «о» (Чернорыжов) или с ударением на второй слог (Черноры́ж), но исходная форма без суффикса — самая архаичная и редкая.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России. В переписных книгах XVII–XVIII веков такие прозвища нередко фиксировались в среде крестьян и посадских людей. В боярских или дворянских родах составные фамилии с цветами встречались, но Чернорыж — явно не аристократическая, а народная, «уличная» фамилия. Она могла возникнуть в среде, где внешность была главным отличительным признаком человека в общине.

Ономастические справочники (например, работы Б. Унбегауна) не выделяют Чернорыж как отдельный типовой случай, но относят к группе фамилий, образованных от прозвищ по цвету. Ближайшие аналоги — Чернобров, Черноглаз, Рыжов, Белорыж. Интересно, что в отличие от них, Чернорыж сочетает два противоположных цвета, что делает прозвище особенно выразительным и запоминающимся. В современной России фамилия встречается единично, что делает её ценной для генеалогического поиска — каждый её носитель, скорее всего, происходит из одной небольшой локальной группы предков.