Фамилия Ермилышева образована от мужского имени Ермилыш — просторечной, ласкательной формы канонического крестильного имени Ермил (в церковной традиции — Ермилл). Греческое по происхождению имя Ермилл (Ἑρμύλλος) связано с именем бога Гермеса и означает «принадлежащий Гермесу» или «гермесов». В святцах известны несколько раннехристианских мучеников с этим именем, поэтому имя вошло в русский именослов.

Притяжательный суффикс -ев (вариант -ов после мягкой основы) в фамилии Ермилышева указывает на то, что её носительница происходит из рода Ермилышевых: буквально «жена или дочь Ермилыша». В русской ономастике фамилии на -ев/-ов — самая массовая модель, и Ермилышева — типичный её представитель, но с редкой основой. Форма Ермилыш — это уменьшительно-ласкательное образование, характерное для народной речи: к основе Ермил- добавился суффикс -ыш, придающий оттенок фамильярности или нежности (ср. братиш, сыниш, дядиш). Такие имена в быту часто заменяли полные церковные формы.

Географически фамилия Ермилышева встречается нечасто. По данным современных открытых источников, её основные очаги — центральные регионы России, особенно Нижегородская и Кировская области, а также сопредельные территории Поволжья. В этих краях имя Ермил было распространено среди крестьянского и мещанского сословий, что подтверждается дореволюционными метрическими книгами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — это однозначно «простонародная» фамилия, возникшая в среде, где отчество или прозвище в форме «Ермилыш» было обычным обращением к человеку.

С точки зрения словообразования фамилия примечательна тем, что суффикс -ыш в русских фамилиях встречается реже, чем -к-, -ок- или -ец-. Он придаёт основе разговорный, даже несколько фамильярный оттенок. Если сравнивать с однокоренными фамилиями, такими как Ермилов или Ермилин, то Ермилышева стоит особняком: она не от полного имени, а от его уменьшительной, «домашней» версии. Это говорит о том, что предок носительницы фамилии, скорее всего, был простым человеком, которого в быту звали не церемонно, а по-свойски — Ермилышем.

В написании фамилии возможна путаница: некоторые переписчики могли записать её как Ермилышев или Ермилышов, но стандартная форма закрепилась через суффикс -ев, так как основа оканчивается на шипящий -ш. В дореволюционных документах встречается и вариант Ермилышева с буквой «ять» в корне, но это уже вопрос орфографии, а не происхождения.