Фамилия Чеменева — женская форма (в мужском варианте — Чеменев). С точки зрения словообразования она укладывается в простую и распространённую модель: основа плюс суффикс принадлежности -ев. Такой суффикс присоединяли к основам на мягкий согласный или шипящий. Значит, в основе лежит прозвище или имя Чемень.

Самая вероятная версия происхождения — от тюркского слова «чемен» (çəmən), которое в ряде тюркских языков означает «луг», «лужайка», «дерн», а также «газон» или «травянистое место». В русских говорах это слово тоже прижилось, но с более узким значением: так называли полевой хвощ или осоку. Прозвище Чемень могли дать человеку, который жил у заливного луга, косил траву или, реже, имел какое-то отношение к зеленому покрову — например, был пастухом или сенокосцем. Встречается и другая трактовка: в диалектах «чемень» — это «бездельник, лентяй», но это значение, скорее всего, вторичное, переносное.

Стоит также рассмотреть версию, что основа — это форма крестильного имени. В старину существовало редкое имя Чемен (возможно, из греческого или как вариант имени Семен), но документальных подтверждений его широкого бытования в качестве личного имени мало. Правдоподобнее все же прозвищное происхождение.

Суффикс -ев (а не -ов) указывает, что исходное прозвище оканчивалось на -ь: Чемень. Такие фамилии типичны для южнорусских и отчасти украинских территорий, хотя встречаются и в центральных областях России. Фамилия не слишком распространена, что говорит о её локальном, возможно, даже односельском происхождении: предки Чеменевых, скорее всего, жили в одном или нескольких соседних селах, где прозвище Чемень было в ходу. Встречаются однокоренные фамилии: Чеменов, Чемендров (с наращением -др-), Чемерисов (от «чемерица» — ядовитое растение).