Фамилия Чернышихин — редкий образец русской фамилии, образованной по архаичной модели с суффиксом -их-. В основе лежит прозвище Черныш — очень распространённое на Руси имя для человека с тёмными волосами, смуглой кожей или просто как «чёрный» в переносном смысле (например, работник, перепачканный сажей или углём). Суффикс -их- указывал на принадлежность к роду: в древнерусских говорах (особенно северных и сибирских) ответ на вопрос «чьи вы будете?» звучал как «Чернышихины» — то есть люди из семьи Черныша. Со временем конечное -ин прирастило к основе, закрепив форму Чернышихин.

Географически фамилия тяготеет к Вятке и Северному Приуралью. В «Ономастиконе» Веселовского и словаре Никонова подобные формы на -ихин (Белыхин, Голыхин) фиксируются именно в этом регионе. Это объясняется тем, что в вятских говорах притяжательные прилагательные на -их- дольше сохранялись в быту, чем в центральных областях, где их вытеснили суффиксы -ов/-ев.

Существует и вторая, менее вероятная версия: основа могла произойти от слова черныш — так в некоторых промыслах называли рабочего, добывавшего или обрабатывавшего чёрный металл (кузнеца, рудокопа). Однако первое объяснение проще и правдоподобнее: подавляющее большинство «цветных» фамилий (Чернов, Белов, Рыжов) образованы от внешних признаков, а не от ремесла.

Интересно, что при переписях XIX века фамилия могла писаться как Чернышихин или Черныши́хин (с ударением на второй слог), а в некоторых метрических книгах встречается вариант Чернышехин — с заменой «и» на «е» под влиянием местного аканья. Такая вариативность типична для фамилий, долго бытовавших в устной среде до официальной фиксации.

По сословному составу Чернышихины — почти поголовно крестьяне или мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что лишний раз подтверждает её «земляное» происхождение: прозвище давалось в деревне, а не в боярской канцелярии.