Фамилия Темнышева — женская форма фамилии Темнышев. Её основа — прозвище или нецерковное имя Темныш. В русской ономастике суффикс -ыш часто образует прозвища по характерному признаку: Малыш, Голыш, Крепыш, Глупыш. Темныш в этом ряду — человек со смуглой кожей, тёмными волосами или просто угрюмый, нелюдимый («тёмный» в переносном смысле). В некоторых говорах «тёмным» называли неграмотного или невежественного человека, но для прозвища это значение менее вероятно — скорее, внешность или характер.

Суффикс -ев в фамилии указывает на притяжательное значение: Темнышев — сын Темныша. Форма Темнышева — соответственно, жена или дочь Темнышева. Такая модель образования (основа на -ыш + -ев) встречается реже, чем стандартное -ов, что делает фамилию заметной на фоне более частых вариантов вроде Темнов или Тёмкин.

Географически фамилия редкая. Основной ареал — центральные и северные регионы России: Вологодская, Костромская, Ярославская области. В этих местах диалектное слово «тёмный» могло означать не только цвет, но и «лесной, глухой» — прозвище Темныш могли дать человеку, жившему в глухом лесу или на тёмном болоте. Встречаются единичные записи в Переславль-Залесском уезде XIX века, где крестьянин Темнышев упомянут в ревизских сказках.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Темнов, Темников, Темняков) показывает, что Темнышев — самая редкая форма. В ней сохранился уменьшительно-ласкательный оттенок, которого нет у «Темнов». Носитель прозвища Темныш, скорее всего, был не просто тёмным, а «тёмненьким» — либо ребёнком с такой характеристикой, либо человеком, к которому относились с долей снисходительности или иронии.

Документальных сведений о дворянском происхождении фамилии нет. Основная масса Темнышевых — крестьяне и мещане. В советское время фамилия не получила широкого распространения, осталась локальной. Сегодня её можно встретить в основном в тех же регионах, где она фиксировалась столетие назад.