Фамилия Ундемесова — один из тех редких случаев, когда основа слова не поддаётся однозначному толкованию на славянской почве. Сразу заметим: в корне нет ничего общего с русским «унд» или «мес». Скорее всего, перед нами фамилия, образованная от прозвища или имени, пришедшего из тюркских или финно-угорских языков. Самая рабочая гипотеза — связь с диалектным тюркским словом «ундемес» (или близким по звучанию), которое могло означать «неумелый», «неловкий» или, наоборот, даваться как имя-оберег от сглаза. В таком случае фамилия — это притяжательное прилагательное с суффиксом -ов-: «чей?» — Ундемесов, то есть потомок человека по прозвищу Ундемес.

Суффикс -ов типичен для русских фамилий, образованных от прозвищ и имён, оканчивающихся на твёрдый согласный. Окончание -а в исходной форме (Ундемесов → Ундемесова) указывает на женскую ветвь рода или на то, что фамилия стоит в форме женского рода. Если искать аналогии, то в северных и волжских говорах встречаются фамилии с похожей структурой — например, Унжаков (от названия реки Унжа) или Ундин, но прямой параллели нет. Фамилия крайне редкая: по данным открытых источников, её носители в основном фиксируются в центральной России и Поволжье — регионах, где исторически смешивались русское, тюркское и финно-угорское население.

Словообразовательная модель проста: основа Ундемес + суффикс -ов. Однако сама основа не разлагается на русские морфемы. Попытки «народной этимологии» — например, связать её с «унд» (древнерусское «унд» — «молодой») или «меса» (искажённое «место») — лингвистически несостоятельны, так как не объясняют ни ударения, ни исторического бытования. Вероятнее всего, исходное прозвище Ундемес было заимствовано из речи местных народов, а затем адаптировано русским суффиксом. Никаких сведений о дворянском происхождении или принадлежности к известному роду нет — это крестьянская или мещанская фамилия, возникшая в среде, где прозвища давались по внешним или поведенческим признакам.