Фамилия Темнышов — одна из тех, что хранит в основе прозвище, а не имя. Её ядро — прилагательное «тёмный», но не в прямом цветовом значении. В древнерусском языке «тёмный человек» означало неграмотного, невежественного, простого, а иногда — угрюмого, скрытного. Прозвище Темныш мог получить и крестьянин, не знающий грамоты, и человек смуглый или черноволосый, и тот, кого считали нелюдимым.

Модель образования — суффикс -ыш- и затем патронимический -ов. Суффикс -ыш в русских прозвищах часто придавал слову уменьшительно-пренебрежительный или характеризующий оттенок: глупыш, малыш, крепыш. Темныш — это «тёмный человек» в переносном смысле, а Темнышов — буквально «сын Темныша». Фамилия закрепилась в форме притяжательного прилагательного, как большинство русских фамилий XVI–XVII веков.

Встречается она преимущественно в центральных и северных регионах России. В переписных книгах и ревизских сказках XVII–XVIII веков фамилия фиксируется в Костромской, Вятской и Вологодской губерниях. Это зона бытования фамилий на -ов/-ев от прозвищ, а не от крестильных имён. Скорее всего, предки Темнышовых были государственными или дворцовыми крестьянами, а не дворянами: фамилия не попала в родословные книги и не имеет «благородного» суффикса -ский.

Интересно, что однокоренные фамилии — Темнов, Темников, Темняков — образованы по-другому. Темнышов стоит особняком благодаря редкому суффиксу -ыш. В говорах слово «тёмныш» могло означать также «домовой» или «нечистая сила» (в некоторых диалектах — эвфемизм), но это значение менее вероятно для прозвища: маловероятно, что родители назвали бы ребёнка «чертёнком». Правдоподобнее — характеристика внешности или ума.

В современной России фамилия редкая. По данным телефонных справочников и баз ЗАГС, наибольшая концентрация носителей — в Пермском крае и Кировской области, что подтверждает её севернорусские корни. Других версий происхождения, заслуживающих серьёзного рассмотрения, нет: попытки связать её с тюркским «темник» (военачальник) лингвистически несостоятельны, так как суффикс -ыш в тюркских заимствованиях не встречается.