Фамилия Толстышев ведет начало от прозвища Толстыш — так в старину называли полного, дородного человека. Любопытно, что в этом прозвище сохранилась архаичная форма прилагательного: ударение падало не на основу (как в современном слове «толстый»), а на окончание — «толсты́ш». Подобный сдвиг ударения встречается в ряде старых русских прозвищ и фамилий, и он сам по себе указывает на древность основы.

Важно, что прозвище не несло уничижительного оттенка. В крестьянской и купеческой среде полнота издавна считалась признаком здоровья, достатка и силы — человеку с таким прозвищем скорее завидовали, чем насмехались над ним. Поэтому и фамилия, образованная от него, звучала уважительно, подчеркивая крепкое сложение предка.

Словообразовательная модель проста и типична для русских фамилий: к прозвищу Толстыш добавили патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность к роду. Форма Толстышев буквально означает «сын Толстыша», «потомок Толстыша». Такой способ образования фамилий от прозвищ с суффиксом -ыш (как, например, Малышев, Голышев, Коротышев) был широко распространен в центральной России, особенно в Поволжье и на севере страны.

Фамилия Толстышев встречается в документах начиная с XVII века. В переписных книгах и писцовых записях того времени нередко фигурируют крестьяне и посадские люди с этим именованием. В основном фамилия бытовала в северных и центральных уездах России, где была сильна традиция прозвищных фамилий. К XIX веку она окончательно закрепилась как наследственная, перейдя от крестьянского сословия к мещанскому и купеческому.

Стоит отметить, что в некоторых говорах слово «толстыш» могло употребляться и в переносном смысле — так иногда называли богатого, зажиточного хозяина, у которого «все в доме толсто», то есть в достатке. Эта дополнительная коннотация лишь усиливала положительный смысл прозвища.

Сегодня фамилия Толстышев остается сравнительно редкой, но встречается по всей России — от Архангельской области до Сибири, что отражает миграционные пути потомков тех самых «толстышей», которые когда-то получили свое прозвище за крепкое здоровье и основательность.