Фамилия Телемышева — редкий случай, когда в основе лежит тюркское личное имя, а суффикс указывает на принадлежность к роду. Если убрать окончание -а, получится мужской вариант — Телемышев. Он образован по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединяют к основам на мягкий согласный или на -й. В данном случае основа — имя Телемыш.

Само имя Телемыш (вариант — Телемиш) восходит к тюркскому корню «теле-» (желать, хотеть) с аффиксом -мыш, образующим причастия. Буквально это означает «желанный», «тот, кого желали». В тюркской ономастике такие имена давали долгожданным детям, которых вымолили у высших сил. Имя было распространено среди татар, башкир и других народов Поволжья, а также встречалось у ногайцев.

С точки зрения географии, фамилия Телемышева — явный маркер юго-востока европейской России. Её корни, скорее всего, лежат в среде служилых татар или крещёных татар (кряшенов). В XVI–XVII веках многие тюркские роды переходили на русскую службу, получали поместья и принимали православие, а их имена превращались в фамилии. В документах по Казанской, Симбирской и Пензенской губерниям можно встретить носителей этой фамилии, что подтверждает её региональную привязку.

Примечательно, что фамилия сохранила исходную тюркскую форму имени почти без искажений. В отличие от многих адаптированных фамилий (вроде Телешов или Тельнов), здесь ударение, вероятно, падает на второй слог — Теле́мышева, что близко к оригинальному произношению. Это говорит о том, что предки носителя фамилии долго сохраняли родной язык и не торопились русифицировать имя.

Спорных версий происхождения у этой фамилии практически нет. Попытки связать её с русским словом «тело» или «телема» (устаревшее «тело, туловище») лингвистически несостоятельны: суффикс -ыш нехарактерен для славянских прозвищ, а значение получается натянутым. Единственная правдоподобная гипотеза — тюркская, и она же самая простая.