Фамилия Млышева — женская форма фамилии Млышев, и её происхождение напрямую связано с украинским или южнорусским словом «млин», что значит «мельница». В отличие от более ходовых русских фамилий вроде Мельников, здесь мы видим не русского «мельника», а человека, связанного с мельницей через диалект. Основа «млын-» характерна для украинского и некоторых говоров юга России (Курская, Воронежская, Ростовская области), где «млин» — общеупотребительное слово.

Корень фамилии — прозвище Млыш или Млын. Суффикс «-ыш» в восточнославянских фамилиях часто указывает на прозвище по действию или признаку: Млыш могло означать «тот, кто при мельнице», либо «маленькая мельница», либо человека с характерной фацией или поведением, напоминающим мельничный механизм. Однако проще всего объяснить фамилию как производную от «млын» с уменьшительным суффиксом «-ыш»: Млыш — это либо сын мельника, либо работник на мельнице, которого так и прозвали.

По модели образования фамилия Млышев — типичная патронимическая на «-ев», где основа оканчивается на шипящий (Млыш). Это указывает, что прозвище Млыш было распространено в крестьянской среде, и фамилия закрепилась за потомками этого человека. Млышевы могли быть из числа тех, кто обслуживал водяные или ветряные мельницы в малороссийских губерниях или пограничных с ними районах.

Встречается фамилия нечасто, что говорит о её локальном бытовании. В ономастических справочниках (например, у Б. Унбегауна) подобные образования разбираются в ряду фамилий от названий ремёсел с региональной окраской. Спорных версий здесь немного: попытка связать фамилию с литовским «mlyšti» (молотить) маловероятна, так как ареал фамилии — славянский, а не балтский. Таким образом, предки Млышевых — скорее всего, украинские или южнорусские крестьяне, чья жизнь была тесно связана с мельничным делом.