Фамилия Младышева — женская форма фамилии Младышев, которая образована от мужского прозвища или нецерковного имени Младыш. В основе лежит древнерусское прилагательное «младой» — молодой, юный. Суффикс -ыш- в русской антропонимии характерен для прозвищ, данных по внешнему признаку или возрасту: ср. Малыш, Голыш, Крепыш. Младышем могли назвать младшего сына в семье, самого юного работника в артели или просто человека, который выглядел моложе своих лет.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: прозвище на -ыш → отчество в притяжательной форме Младышев (чей сын? — Младышев). Суффикс -ев, а не -ов, объясняется тем, что основа заканчивается на шипящий (ш). По этой же модели возникли фамилии Малышев, Голышев, Крепышев.

В исторических документах фамилия встречается редко, что говорит о её локальном бытовании. Можно предположить, что корни Младышевых — в северных или центральных губерниях России, где были распространены прозвищные фамилии на -ыш. В XIX веке такие фамилии чаще носили крестьяне и мещане: в дворянской среде предпочитали более «благозвучные» модели на -ский.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: от имени Млад, сокращённой формы канонического имени Владимир (в значении «владеющий миром»). Но прямое указание на возраст (младой) выглядит убедительнее, тем более что в ономастике зафиксировано множество аналогичных прозвищ по старшинству: Старшой, Меньшой, Большак.