Фамилия Неняйкина — женская форма фамилии Неняйкин, и её основа неочевидна с первого взгляда. В отличие от большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Неняйкин явно восходит к прозвищу или мирскому имени. Ключ к разгадке — в диалектном глаголе «неняйкать», который в некоторых говорах означал «капризничать, привередничать, ныть». Человек, получивший прозвище Неняйка, вероятно, был недовольным, плаксивым или слишком требовательным. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — «Неняйкин», то есть сын или потомок Неняйки.

Менее распространённая, но возможная версия связывает фамилию с украинским или белорусским корнем. В этих языках «неня» может означать «мать» (от «ненька» — мамочка), а «Неняйка» — гипокористическая форма, вроде «матушкин сынок» или «маменькин». Однако эта гипотеза слабее: фамилия с таким окончанием (-айка) типична именно для севернорусских и вологодских говоров, где активны прозвища на -ай, -яй (Молчай, Неделяй, Стукай).

Географически фамилия Неняйкина встречается довольно редко, но её очаги — преимущественно в Поволжье и на Урале, что подтверждает её русское, а не украинское происхождение. В старых переписях и метрических книгах можно найти Неняйкиных среди крестьян и мещан. Сословной элиты среди носителей не было — фамилия осталась в низовых слоях, что косвенно подтверждает её прозвищный, часто ироничный характер.

Словообразовательная модель здесь та же, что и у фамилий Нечайкин, Неделяйкин, Ненашев: отрицательная частица «не» + глагольная основа. Такие фамилии часто давали как обереги (чтобы злые духи не позарились на ребёнка) или как бытовые характеристики. В случае с Неняйкиным скорее второе: предок мог быть известен своей капризностью, и прозвище закрепилось за родом.