Фамилия Нетьосин — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранило в себе частицу «не» в слитном написании. В русских фамилиях приставка «не-» обычно остаётся ударной и указывает на отрицание какого-либо качества: Некрасов, Несмеянов, Неустроев. Нетьосин стоит в том же ряду, но с очень конкретным и бытовым значением. Основа здесь — глагол «тесать» (обтёсывать брёвна, камни) или, что вероятнее, существительное «тёс» (тонкие доски, материал для кровли и обшивки). «Нетьос» — это человек, который не тёшет, то есть либо не занимается плотницким ремеслом, либо, по ироничному прозвищу, делает это плохо, «не тёс», то есть некачественно, грубо. В северных и центральных говорах такое прозвище могли дать нерадивому плотнику или, наоборот, тому, кто в общине не владел топором, когда все остальные умели.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей сын?» — Нетьосин, то есть сын Нетьоса. Модель образования типична для русских фамилий от прозвищ и имён, оканчивающихся на -а, -я (сравните: Некрасов — от Некрас, но Нетьосин — от Нетьос, где конечный согласный твёрдый). Формально фамилия могла бы звучать как Нетьосов, если бы прозвище было Нетьос без смягчения, но вариант с -ин устойчивее, возможно, под влиянием местного говора, где слово «тёс» произносили с мягким «с».

Географически фамилия редкая, встречается в основном на Русском Севере и в Поволжье — в зоне активного деревянного строительства, где прозвища, связанные с плотницким делом, были особенно актуальны. В переписных книгах XVII века можно найти похожие прозвища (Нетес, Нетесаный), но Нетьосин — более поздняя, «окаменевшая» форма, закрепившаяся в документах уже как фамилия. Спорных версий немного: иногда корень пытаются вывести из диалектного «неть» (нечто) или тюркских заимствований, но это натяжка — глагол «тесать» и его семантика лежат на поверхности и подтверждаются живыми говорами. Социально предки носителя фамилии — скорее всего, крестьяне или посадские люди, чьё прозвище закрепилось за родом из-за характерного свойства: либо неумения, либо пренебрежения к ремеслу, что в деревенской среде было заметной чертой.