Фамилия Толшмяков — редкий случай среди русских фамилий, где основа почти наверняка не связана с именем или ремеслом, а восходит к прозвищу, данному по внешности. В центре внимания — слово «толщь» или «толстый», но с характерным северным или диалектным «смягчением» звучания. Если присмотреться к словообразованию, то перед нами типичная патронимическая модель на -ов, но с необычной промежуточной ступенью: не Толстяк → Толстяков, а Толшмяк → Толшмяков.

Суффикс -як в прозвищах (сравните: Горбун — Горбунок, но есть и Горбяк, или Рыжак, Глушняк) часто указывал на человека с ярко выраженным признаком. В данном случае «толшмяк» — это «толстяк», но с диалектной заменой «с» на «ш» (явление, характерное для некоторых говоров русского Севера и Сибири, где «толс-» переходило в «толш-»). Прямых аналогов в литературном языке нет, поэтому фамилия — отличный маркер того, что предки носителя жили в местности, где язык отличался от московской нормы.

Версия о том, что основа могла быть связана с географическим названием (например, река Толшма в Вологодской области), менее состоятельна. Если бы фамилия происходила от гидронима, она звучала бы как Толшемский или Толшмин, а не Толшмяков. Суффикс -як и типично прозвищный характер основы указывают именно на личное прозвище.

Таким образом, Толшмяков — это «сын того, кого прозвали Толшмяк», то есть полного, крупного человека. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, и её редкость говорит о том, что прозвище не было распространено повсеместно, а бытовало в узком диалектном ареале. Поиск по современным базам данных показывает, что основная масса носителей (хоть их и немного) по-прежнему живёт на севере Европейской части России, что косвенно подтверждает диалектную версию.