Фамилия Тонышева образована от прозвища Тоныш — так в старину могли называть человека худого, истощенного, изможденного болезнью или нуждой. Этимология прозвища прозрачна и связана с прилагательным «тонкий» в значении «худой, слабый». Впрочем, нередко прозвище Тоныш закреплялось за бедняком, чей внешний вид выдавал скудную жизнь. Смысл был скорее описательным, чем оскорбительным: прозвища такого рода фиксировали заметную черту внешности или положения человека.

Родственные прозвища и фамилии встречаются в документах с XV века. Степан Веселовский в своих исследованиях упоминает целый ряд подобных именований: Тонкачев Василий Истомин, помещик, 1597 год, Рязань; Петр Федорович Черленого-Заболоцкий, 1495 год; Власий Афанасьевич Тонкого, 1556 год, Кашира; Иван Тонкуша, крестьянин, 1607 год, Нижний Новгород; Тончик, крестьянин конца XV века из Новгорода. Этот перечень показывает, что прозвища от корня «тонк-» бытовали в разных землях и среди разных сословий — от помещиков до крестьян.

Фамилия Тонышева относится к типу притяжательных фамилий на -ев. Суффикс -ев присоединялся к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или шипящий, и указывал на принадлежность: Тонышев — сын Тоныша, потомок человека с таким прозвищем. Со временем форма женского рода Тонышева закрепилась как фамилия, передаваемая по наследству.

Любопытно, что прозвище Тоныш могло иметь и уменьшительно-ласкательный оттенок. Наряду с формами Тонкуша, Тончик, Тоныш звучит как ласковое именование худощавого человека — возможно, ребенка или подростка, которого так дразнили домашние. В этом случае фамилия сохранила не столько укор, сколько теплое семейное прозвище.

Прямых указаний на географию распространения именно фамилии Тонышева в ранних источниках нет, но судя по родственным формам, ее корни уходят в центральные и северные русские земли. Фамилия не слишком частая, что типично для прозвищных фамилий, не связанных с церковными именами. Она сохранила живую связь с народной речью, где «тонь» и «тонкий» всегда означали нечто худое, лишенное плотности.