Фамилия Дюсьменев образована от личного именования Дюсьмен. Скорее всего, это составное имя из двух корней. Первый корень «дюсь» восходит к персидскому слову «дус» — «друг». Второй корень «мен» родствен арабскому слову со значением «человек, мужчина». В сумме Дюсьмен могло означать «друг-человек» или «друг (среди) людей», что для восточных имён — распространённая модель: два корня, описывающих положительное качество.

Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Дюсьмен добавили суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Дюсьменев). Это типичный способ, которым на Руси превращали личное прозвище или дохристианское имя в фамилию потомков. Носитель фамилии — буквально «сын Дюсьмена».

Вероятнее всего, фамилия тюрко-персидского происхождения и могла возникнуть в среде, где смешивались тюркские, арабские и персидские элементы, — например, среди татар, башкир или других народов Поволжья и Приуралья. Русский суффикс -ев указывает, что фамилию зафиксировали в русскоязычной среде, но основа осталась иноязычной. Встречаются варианты написания Дюсменев, Дюсменёв, но форма Дюсьменев — основная.

Сведений о сословной принадлежности или географическом распространении фамилии мало. Можно предположить, что фамилия редкая, локальная. Её носители могли быть крестьянами или служилыми людьми, принявшими фамилию по имени предка. Спорных версий немного: попытки связать «дюсь» с тюркским «дюс» (ровный, прямой) менее убедительны, так как персидское «дус» точнее ложится в семантику личного имени.