Фамилия Нешенков образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, указывающим на принадлежность: Нешенков — сын Нешенка. В основе лежит прозвище или неканоническое имя Нешенок. Ключевой момент здесь — суффикс -енок, который в северных и центральных говорах России (особенно в новгородских, псковских, владимирских землях) служил для обозначения детёныша животного или молодого человека. Соответственно, Нешенок — это «маленький Неша» или «сын Неши».

Само имя Неша — это краткая, обиходная форма от полного крестильного имени Нестор (греч. «возвратившийся домой») или, реже, от канонического Арсений (греч. «мужественный»). В быту XVI–XVII веков такие усечения были нормой: Нестор превращался в Нешу, а от него образовывалась уменьшительная форма Нешенок. Таким образом, фамилия Нешенков по происхождению — патронимическая: предок носителя был сыном человека по прозвищу Нешенок, а тот, в свою очередь, — сыном Нестора или Арсения.

Географически фамилия тяготеет к северо-западу России. В писцовых книгах и переписных листах XVII века по Новгородской и Псковской губерниям встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищными формами на -енок (например, Ивашко Нешенок, 1646 год, по материалам переписи Шелонской пятины). Смещение ударения в современной фамилии на второй слог (Неше́нков) — явление позднее, характерное для адаптации фамилий в литературном языке; в говорах могло сохраняться ударение на первый слог: Не́шенков.

В отличие от более распространённых Нестеровых, Нешенковы сохранили редкую ступень словообразования, что делает фамилию ценной для историков ономастики. По сословной принадлежности предки были, скорее всего, крестьянами или ремесленниками, а не дворянами — фамилии на -енок в массе своей не попали в родословные книги. Исключения единичны и не прослеживаются по открытым источникам.