Фамилия Гмырев образована от прозвища Гмырь через притяжательный суффикс -ев, который указывал на принадлежность «сын Гмыря» или «человек из семьи Гмыря». Основа прозвища — диалектный глагол «гмырить» или «гмыркать», который в южнорусских и украинских говорах означал «ворчать, брюзжать, сердито бормотать». Соответственно, Гмырем называли угрюмого, недовольного человека, который постоянно что-то бурчит себе под нос. Прямых параллелей с литературным русским языком у этого корня нет, что и делает фамилию диалектной по происхождению.

Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что исходное прозвище оканчивалось на мягкий согласный или — реже — на -ь. В данном случае основа «Гмыр-» даёт именно такой вариант: Гмырь → Гмырев. Модель образования типична для северных и центральных областей России, но само прозвище закрепилось в основном на юге: в Курской, Воронежской, Ростовской областях, а также на востоке Украины. Встречается фамилия и в казачьих списках Дона, где прозвища по характеру были особенно распространены.

В словаре В. И. Даля зафиксирован глагол «гмырить» именно в значении «ворчать», что подтверждает народную основу прозвища. Ономасты (например, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») относят подобные образования к группе фамилий от прозвищ по характеру — одной из самых древних, но не всегда однозначно объяснимых. Спорных версий у фамилии немного: иногда её пытаются связать с тюркским корнем «гмыр» (шум, гам), но это маловероятно, так как ареал бытования фамилии — зона славянских говоров, где тюркские заимствования редки в бытовой лексике.

Встречается также вариант написания с одной «м» — Гмырев, что не меняет ни происхождения, ни значения. В дореволюционных метрических книгах можно найти обе формы, но преобладает двойная «м», вероятно, под влиянием привычки удваивать согласные в фамилиях на -ев. Сословно Гмыревы в большинстве относились к крестьянам и мещанам, дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.