Фамилия Перемышлев — один из тех редких случаев, когда географическое название оказывается в основе напрямую, без промежуточного прозвища. В её корне лежит древний русский город Перемышль. Таких городов на Руси было два: один (ныне село) в Калужской области на реке Оке, другой (ныне польский Пшемысль) — на реке Сан, входивший в состав Галицко-Волынского княжества. Оба города известны с XII–XIII веков, и фамилия могла возникнуть от любого из них.

Модель образования здесь прозрачна: основа «Перемышл-» плюс типичный патронимический (точнее, топонимический) суффикс «-ев». Так образовывали фамилии от названий городов, оканчивающихся на мягкий согласный или «-ль». Человек, переселившийся из Перемышля в другую местность, получал прозвище Перемышль, а его сын или потомок уже записывался как Перемышлев — то есть «сын Перемышля». В этом фамилия схожа с Тверским, Ростовцевым или Муромцевым, но отличается тем, что в основе не притяжательное прилагательное на «-ский», а более архаичная форма.

Само название города, скорее всего, происходит от слов «пере-» и «мылъ» (от «мыть»), что указывает на место волока или перетаскивания судов между реками. В древнерусском языке «перемыть» означало перетащить лодку волоком. Соответственно, Перемышль — это поселение у волока. Эта версия этимологии считается основной, хотя встречается и народное переосмысление в духе «перемывать» или «перемычка».

Сословно фамилия не была строго закреплена за дворянами. Встречаются и крестьяне, и мещане, и духовенство — особенно в Калужской и соседних губерниях, где близость к городу Перемышлю делала фамилию ожидаемой. В дворянских родословных книгах Перемышлевы тоже есть, но это не массовый род, а отдельные ветви, часто ведущие происхождение от служилых людей, получивших поместья в тех краях.

Интересная деталь: ударение в фамилии плавающее. В центральных областях России чаще говорят Перемы́шлев, тогда как в среде потомков выходцев с юго-запада (из-под Пшемысля) можно услышать Перемышлёв. Оба варианта допустимы, хотя первый филологически точнее — он сохраняет ударение исходного топонима.