Фамилия Паймышева — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Её основа, скорее всего, тюркская, что неудивительно для фамилий, бытующих в Поволжье, на Урале и в Сибири. В пользу этого говорит и суффикс -ев, который в русских фамилиях часто присоединялся к иноязычным основам, оканчивающимся на мягкий согласный или -й.

Корень «паймыш» (или «паймыш») не встречается в русских говорах, но имеет параллели в тюркских языках. Наиболее вероятная версия связывает фамилию с татарским или башкирским словом «пай» — доля, часть, счастье. Тогда «Паймыш» — это прозвище, означающее «счастливчик», «везунчик», «человек, получивший хорошую долю». Форма «Паймыш» могла быть производной от имени или прозвища, где -мыш — распространённый тюркский аффикс, образующий имена и прилагательные (сравните с именами Яныш, Кушмыш). Таким образом, Паймышев — это буквально «сын Паймыша», потомок того, кого прозвали счастливым.

Менее убедительна, но возможна связь с названием реки Паймыш (приток Иртыша) или с местностью. В этом случае фамилия могла возникнуть как прозвище человека, пришедшего с берегов этой реки. Однако гидроним Паймыш, скорее всего, вторичен и сам восходит к тому же тюркскому корню со значением «доля, часть».

Встречаемость фамилии крайне низкая. Основной ареал — юг Тюменской области, север Казахстана и, возможно, Башкортостан. Это указывает на то, что предки носителей фамилии были, вероятно, крестьянами или казаками из числа татар, башкир или сибирских народов, принявших православие. Суффикс -ев (а не -ин) и окончание женского рода -а указывают на то, что фамилия прошла стандартную русскую адаптацию: мужская форма Паймышев, женская — Паймышева.