Фамилия Пышонграев — редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все прочие версии происхождения. В русском языке нет слова «пышонгр» или «пышонграй», которое могло бы стать прозвищем или именем. Зато есть река Пышонгра (Пышенгра) в Вологодской области, левый приток реки Кокшеньги. Название, скорее всего, финно-угорское: в языках коми или вепсов «пыш» может означать «быстрый» или относиться к растительности, а «гра» — «река» или «ручей». Если это так, то Пышонграев — типичный «речной» вариант фамилии, образованный по модели «река → прозвище → фамилия» с суффиксом -ев.

Формант -ев указывает на притяжательное значение («чей?» — Пышонграев). Первым носителем, скорее всего, был человек, которого прозвали Пышонграй — по месту жительства на реке Пышонгре. Такие прозвища давали крестьянам в XVI–XVII веках при переписях, когда нужно было отличить одного Ивана от другого: «Иван Пышонграй» означало «Иван с Пышонгры». В Вологодской и соседних северных губерниях (Архангельской, Костромской) подобная модель встречается часто: вспомните фамилии Важский (от реки Ваги), Пинегин (от Пинеги), Сухонский.

Фамилия почти не встречается за пределами севера европейской России. В современных базах данных основная масса носителей сосредоточена в Вологодской области и соседней Архангельской. Это говорит о том, что фамилия не ушла далеко от места своего возникновения. Сословно её носители были, скорее всего, черносошными (государственными) крестьянами или посадскими людьми — дворянских родов Пышонграевых в «Бархатной книге» и других родословных списках не значится.

Версия о происхождении от личного имени «Пышонгр» какого-то тюркского или монгольского происхождения маловероятна: в тюркских языках нет корней, которые дали бы такую форму, и ударение в фамилии на последний слог (Пышонгра́ев) нехарактерно для тюркских заимствований. Поэтому наиболее правдоподобное объяснение — северное, гидронимическое, связанное с рекой Пышонгрой.