Фамилия Ненюхина — женская форма мужской фамилии Ненюхин. Её основа — прозвище Ненюха, которое в русских говорах имело прозрачный смысл: так называли человека с плохим обонянием или того, кто не нюхал (не чуял) чего-то важного — например, опасности, дыма или запаха порчи. Слово «нюхать» в русском языке общеупотребительное, а приставка «не-» и суффикс «-юх» образовывали характерные прозвища с отрицанием и оттенком пренебрежения.

Модель образования фамилии типична для северных и центральных областей России. Суффикс «-ин» указывает на принадлежность: Ненюхин — сын Ненюхи. Такая форма была распространена в среде крестьянства и посадских людей, где фамилии часто закреплялись в XVI–XVII веках по имени или прозвищу отца. В данном случае прозвище могло быть дано взрослому человеку за невнимательность или за то, что он, например, не чувствовал запаха дыма при пожаре или не распознавал испорченную еду.

В орфографическом варианте «Ненюхин» интересна буква «ю»: она указывает на мягкое произношение корня, что характерно для южнорусских и среднерусских говоров. В северных диалектах чаще встречалось бы «Ненюхин» с твёрдым «н»? но здесь, напротив, «ню» сохраняет мягкость. Это может быть косвенным признаком того, что фамилия бытовала в районах, где в слове «нюхать» произносили мягкое «н» — то есть в центральных и южных областях.

Среди однокоренных фамилий — Нюхин, Нюхов, Нюхалов. Все они восходят к тому же глаголу, но Ненюхин стоит особняком благодаря отрицательной приставке. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные модели с «не-» (Нелюб, Некрас, Нечай) описываются как типичные для мирских имён-оберегов: считалось, что отрицательное прозвище отводит от человека зло. Однако в случае с Ненюхой это скорее бытовая характеристика, чем оберег.

Точных данных о сословной принадлежности всех Ненюхиных нет, но по сохранившимся записям XIX века фамилия встречалась среди государственных крестьян Вятской и Пермской губерний, а также в мещанских списках некоторых уездных городов. В современной России Ненюхины — редкая фамилия, её носители рассеяны по разным регионам, что типично для прозвищной фамилии, не привязанной к географическому названию.