Фамилия Неусмехова — редкий случай, когда прозвище застыло в отрицании. Основа здесь — глагол «усмехаться» с частицей «не». Человек, которого прозвали Неусмеха (или Неусмех), видимо, отличался суровым нравом, не любил шуток и редко улыбался. В русских говорах слово «усмеха» могло означать и насмешника, и того, кто сам часто улыбается, так что «неусмеха» — прямая противоположность: человек серьёзный, даже угрюмый.

Суффикс -ов- указывает на стандартную модель образования русских фамилий: Неусмеха → Неусмехов. Окончание -а в женском роде (Неусмехова) — грамматическая норма, а не часть корня. Мужской вариант — Неусмехов. Фамилия относится к «говорящим» прозвищным фамилиям, которые в XVI–XVII веках часто давали не по роду занятий, а по характеру или внешности.

Интересно, что фамилия встречается в основном на Русском Севере и в Поволжье — в Архангельской, Вологодской, Кировской областях. Это может говорить о том, что прозвище возникло в северных говорах, где слово «усмеха» было в ходу. В центральных и южных регионах России фамилия почти не фиксируется. Среди дворянских родов её нет — скорее всего, предки были крестьянами или посадскими людьми.

В написании возможна путаница с фамилией Неумехов (от «неумеха» — неумёха), но корни разные. Неусмехов — про характер, а не про умение. Встречается и вариант Неусмехин, но он редок и образован по другой модели (суффикс -ин от основ на -а).