Фамилия Чемачихин — редкий пример, в котором суффикс выдаёт не только способ образования, но и возможную географию предков. Окончание -ихин указывает на принадлежность к северорусской традиции: в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях фамилии на -их(ин) и -ых были нормой. По модели Унбегауна, Чемачихин — это притяжательное прилагательное от прозвища Чемачиха, которое, в свою очередь, образовано от мужского имени или прозвища Чемач.

Основа «чемач» — тёмная и неочевидная. Первая и самая вероятная версия: диалектное слово «чемач» или «чёмка» — так в северных говорах могли называть неопрятного, неряшливого человека, иногда — вялого, медлительного. В словаре Даля есть глагол «чемарить» — «говорить невнятно, бормотать», что тоже могло дать прозвище болтуну или человеку с нечёткой речью. Вторая версия — тюркское влияние: в татарском и башкирском языках «чемач» (или «чэмач») может означать «суматоха», «суета», но для северных регионов это менее характерно, хотя миграции в XVI–XVII веках исключать нельзя.

Фамилия не встречается в дворянских родословных книгах, что говорит о крестьянском или посадском происхождении. Скорее всего, предок Чемачихиных получил прозвище по поведению или внешности, а затем, при переходе к фамилии, к основе добавили сначала матронимный или семейный суффикс -их(а) (Чемачиха — «жена или вдова Чемача»), а потом уже -ин для обозначения потомка. Такая двухступенчатая модель типична для северных фамилий, где прозвище сначала закреплялось за домохозяйкой, а затем передавалось детям.

Сегодня фамилия встречается точечно, в основном на северо-востоке Европейской России — в Кировской области и Пермском крае, что подтверждает её вятско-пермские корни. Встречаются варианты написания «Чемачихин» и «Чемечихин», но первый считается основным. Однокоренные фамилии — Чемакин, Чемаев, Чемоданов — имеют другую суффиксальную модель и иное происхождение, так что Чемачихин стоит особняком как локальный, сугубо северный вариант.