Фамилия Чембулатова — женская форма мужской фамилии Чембулатов, и её происхождение напрямую связано с тюркским миром. Основа фамилии — личное имя Чембулат, которое представляет собой фонетический вариант имени Джамбулат (или Джанбулат). В тюркских языках «джан» означает «душа», а «булат» — сталь, булатная сталь. Таким образом, имя Чембулат (Джанбулат) переводится как «булатная душа» или «стальная душа» — комплиментарное прозвище, подчёркивающее твёрдость, стойкость и благородство человека.

Модель образования фамилии типична для русской ономастики, адаптировавшей иноязычные имена: к основе Чембулат добавили патронимический суффикс -ов, а затем стандартное окончание -а для женского рода. Такие фамилии чаще всего возникали в среде служилых татар, башкир, ногайцев или других тюркских народов, которые в XVI–XVII веках переходили на русскую службу и получали земельные наделы. Имя Чембулат (Джанбулат) было распространено в Крымском ханстве и на Северном Кавказе, особенно среди кабардинских и кумыкских князей.

Географически фамилия Чембулатова (и её мужской вариант) встречается в регионах с исторически сильным тюркским влиянием: в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области, на Северном Кавказе, а также среди казахов. В дореволюционных документах фамилию могли записывать по-разному: Чембулатов, Чимбулатов, Джамбулатов — из-за особенностей передачи звуков «ч» и «дж» в русской письменности.

С точки зрения социального статуса, носители фамилии Чембулатов не обязательно принадлежали к знати, хотя имя Джамбулат действительно встречалось у аристократических родов. Чаще всего фамилию давали по отцу, который носил это имя как личное, а не родовое: в крестьянской или казачьей среде сильное прозвище «Чембулат» могло закрепиться за человеком, отличавшимся упрямством или физической крепостью. Однофамильцы могли иметь разное происхождение, так как имя было популярно у разных тюркских народов.

В отличие от многих фамилий на -ов, образованных от христианских имён, Чембулатова — яркий пример исламского пласта в русском фамильном фонде. Она не имеет славянской этимологии, и попытки вывести её из русского «чембура» (грубого сукна) или «чембурака» (небольшого колокольчика) ошибочны: корень здесь однозначно тюркский, а значение имени — «стальная душа» — сохраняет память о воинской культуре кочевников.