Фамилия Пепелышев образована от прозвища или нецерковного имени Пепелыш. В основе лежит слово «пепел» — зола, остатки сгоревшего. Модель типична для русских фамилий на -ев: суффикс указывает на принадлежность («чей?»), то есть Пепелышев — потомок человека по прозвищу Пепелыш.

Что могло означать такое прозвище? Самая прямая версия — профессиональная. На Руси пепелом называли не только золу из печи. В кожевенном и поташном деле пепел был важным сырьём: его вываривали, чтобы получать щёлок для выделки кож или производства поташа (карбоната калия). Человек, который занимался выжиганием или переработкой пепла, мог получить прозвище Пепелыш. Менее вероятно, но возможно, что так дразнили бледного, «пепельного» лицом человека или того, кто постоянно пачкался в золе (например, истопника или кузнеца).

Фамилия редкая, с ярко выраженной «зольной» семантикой. Интересно, что в русских говорах встречалось слово «пепелыш» — так могли называть не только человека, но и, например, мотылька-огнёвку, который вьётся у огня, или что-то обгоревшее, остаток. Сравните с фамилиями Пепелов, Пепеляев, Пепелин — все они от того же корня, но Пепелышев стоит особняком из-за суффикса -ыш, который часто придаёт слову уменьшительно-пренебрежительный или «детский» оттенок. В ономастических справочниках эта фамилия не описана подробно — она относится к числу тех, что возникали локально, в конкретной местности, и не получили широкого распространения.

Географически фамилия встречается спорадически, в основном на северо-востоке европейской части России, в старых списках Вятской и Пермской губерний. Это косвенно подтверждает «ремесленную» версию: в тех краях в XVIII–XIX веках активно развивалось поташное производство и смолокурение, где пепел был ходовым товаром. Носитель фамилии Пепелышев, скорее всего, потомок крестьянина или мастерового, занятого в переработке древесной золы.