Фамилия Ненастьев образована от прозвища Ненастье. В древнерусском языке «ненастье» означало не только дождливую погоду, но и любую беду, невзгоду, тяжёлую пору. Прозвище могли дать человеку, появившемуся на свет в ненастный день, либо тому, кто постоянно попадал в неприятности — как говорили, «само ненастье его преследует». В этом смысле прозвище носило охранительный, обережный характер: считалось, что если назвать ребёнка Ненастьем, злые силы обойдут его стороной, ведь худшее уже заложено в имени.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ев присоединялся к основе на мягкий согласный. В данном случае основа — «Ненасть-», и фамилия буквально означает «сын Ненастья». Встречаются и варианты с другим суффиксом — Ненастьин, но Ненастьев более частотен. В документах XVII–XVIII веков эта фамилия фиксируется в центральных и северных губерниях России, что неудивительно: прозвища, связанные с природными явлениями, особенно распространены в крестьянской среде, где погода напрямую влияла на жизнь.

Примечательно, что фамилия Ненастьев не имеет отношения к негативной характеристике человека. В ономастике это яркий пример так называемых «отприродных» фамилий, где основа — не оценка личности, а случайный, ситуативный признак. Сравните с однокоренными фамилиями Погодин (от «погода»), Морозов, Ветров — все они строились по тому же принципу: называли по состоянию природы в момент рождения или по обстоятельствам жизни. Ненастьев — не про «несчастливого» человека, а про то, что предок родился под дождём или в трудный год.

Встречаемость фамилии невысокая, что говорит о её локальном бытовании. В современных справочниках она отмечена как редкая, преимущественно в Вологодской и Архангельской областях — регионах, где ненастная погода была скорее нормой, чем исключением.