Фамилия Пышменцев — одна из тех, чья основа почти наверняка связана не с личным именем, а с местом, где жил её первый носитель. Если отбросить суффикс -ев (вариант более распространённого -ов после мягкой или шипящей основы) и окончание, остаётся корень «Пышменц-». В русской ономастике фамилии с таким суффиксальным элементом (-ец, -инец, -анец) почти всегда указывают на выходца из определённого населённого пункта: Пышменец — это человек, родом из Пышмы.

Пышма — топоним, который хорошо известен на Урале и в Западной Сибири. Это название реки (приток Туры) и нескольких посёлков: Пышма в Свердловской области, Верхняя Пышма, а также ряд деревень. Река Пышма дала имя целому региону, и прозвище «Пышменец» закрепилось за тем, кто перебрался оттуда на новое место. Такая модель образования типична для XVI–XVII веков, когда шло активное освоение Урала и Сибири, а переселенцев часто называли по реке или городу, откуда они пришли. Суффикс -ец в этом случае работает как указатель происхождения (ср. Томск — томич, но в старину говорили «томенец»; Вологда — вологжанин, но «вологодец»).

Версия о происхождении от прозвища по ремеслу или внешности менее убедительна. Слово «пышма» в диалектах русского языка не зафиксировано в значении, которое могло бы стать личным прозвищем. Есть редкое диалектное «пышкать» (дышать, пыхтеть), но оно не даёт естественной основы для фамилии. Гораздо логичнее предположить, что перед нами типичный «географический» отфамильный антропоним: сначала было название реки Пышма, затем — прозвище Пышменец для пришлого человека, а уже от него — фамилия Пышменцев.

Интересно, что фамилия практически не встречается за пределами Урала и соседних регионов. Это указывает на локальный характер расселения рода: предки Пышменцевых, скорее всего, не уходили далеко от родных мест. В архивных записях по Свердловской области фамилия фиксируется с XVIII века, и носители её были в основном государственными крестьянами или горнозаводскими работниками — обычными людьми, чья жизнь была тесно связана с уральской землёй.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в ряду таких же «местных» фамилий, как Каменцев (от Каменка или Камень), Уфимцев (от Уфа), Челябинцев (от Челяба). Разница лишь в том, что Пышменцев образована не от названия города, а от имени реки, что для уральского региона вполне обычно: реки здесь часто служили главными ориентирами и границами.