Фамилия Николышин образована от имени-основы, которое на слуху у каждого, но сама модель фамилии встречается реже, чем можно подумать. В её основе лежит каноническое имя Николай (в переводе с греческого — «победитель народов»), но не в полной, а в просторечной, народной форме — Никола. С помощью притяжательного суффикса -ыш-ин, который указывал на принадлежность к конкретному человеку, и сложилась фамилия. Буквально Николышин — это «чей-то сын» или «потомок человека по имени Никола».

Суффикс -ыш-ин в русских фамилиях — штука не самая частая. Он встречается в основном в центральных и северных русских говорах, там, где были распространены уменьшительные или обиходные формы имён с элементом -ыш: Иваныш, Петрыш, Николыш. Фамилия Николышин, таким образом, могла возникнуть из прозвища-полуотчества, которое давали не самому Николаю, а его сыну или домочадцу: «Николышин сын» со временем превратилось в фамилию. Это отличает её от более массовых Никулиных или Николаевых, где суффиксы другие и модели образования более прямые.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где имя Никола было в ходу как обиходное, почти бытовое — то есть к Поволжью, Вятке, отчасти к южнорусским областям. В дореволюционных переписях Николышины встречаются среди крестьян и мещан, причём нередко в одних и тех же уездах поколениями. Это указывает на то, что фамилия закрепилась в крестьянской среде, где отчество или прозвище отца переходило к детям без изменений, без сословных переоформлений в «дворянский» вариант.

Стоит упомянуть и возможную альтернативную версию, хотя она менее вероятна. В некоторых говорах «николыша» могли называть не человека, а животное — коня или быка, родившегося в Николин день (6 декабря по старому стилю). Но в таком случае фамилия всё равно восходит к имени Никола, просто через прозвище, данное по календарному признаку. Однако большинство исследователей склоняются к прямому патрониму: Николышин — это потомок Николы, и ничего сложнее в этой фамилии нет.

Таким образом, фамилия Николышин — живое свидетельство народной языковой традиции: она сохранила ту форму имени, которая бытовала в повседневной речи, и редкий суффикс, указывающий на конкретную ветвь рода. Носитель этой фамилии может с высокой долей уверенности считать, что его предки были людьми из простонародья, носившими простое имя Никола, и жили, скорее всего, в центральной или северной части России.