Фамилия Немахов — один из примеров того, как русская фамилия может хранить в себе сразу две возможные истории, и обе ведут в XVI–XVII века. В её основе лежит личное имя или прозвище Немах, а суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын Немаха» или «из рода Немаха».

Самая прямая версия связывает фамилию с украинским или южнорусским прозвищем Немáх. В говорах «немах» — человек, у которого нет «маха» (то есть силы, размаха, удали). Так могли назвать слабого, тихого или нерасторопного мужчину. Здесь работает та же словообразовательная модель, что и в фамилиях Безухов (без уха) или Беспалов (без пальца). В пользу этой версии говорит и география: фамилия Немахов встречается в основном в бывших южных губерниях Российской империи, особенно в Харьковской и Воронежской областях, где такие «отрицательные» прозвища были в ходу.

Вторая версия — от имени Немáх, которое могло быть просторечной формой церковного имени Неемия (библейский персонаж, предводитель евреев после вавилонского плена). В народной среде Неемия превращался в Немея, Немаху, а оттуда — в фамилию. Эта версия менее вероятна: имя Неемия было редким даже среди духовенства, а прозвищная модель «отсутствия качества» для русских фамилий гораздо привычнее.

У фамилии есть и неожиданный омоним — Немáхов (с ударением на второй слог). В этом случае корень мог восходить к слову «нема́лый» (большой, значительный), но через форму «нема́х» — сокращение от «нема́лый», которое закрепилось как прозвище крупного человека. Однако в современном произношении фамилия почти всегда звучит как Немáхов, и носители обычно ставят ударение на второй слог.

Редкий суффикс -ах в основе — ещё одна деталь, которая выделяет эту фамилию среди тысяч «стандартных» на -ов. В русской ономастике такие основы (Мах, Шах, Бах) часто указывают на украинское или белорусское происхождение предка. Так что, скорее всего, первый Немахов был выходцем с юга, которого в северных землях прозвали по характерной черте — недостатку силы или, наоборот, по его «немалости».