Фамилия Чеменцев — один из тех редких случаев, когда прозвище предка застыло в почти неизменном виде, а его происхождение вызывает у лингвистов больше споров, чем удивления. В основе лежит слово «чемен», которое в русских говорах и соседних тюркских языках имело схожее значение. Чаще всего «чеменем» называли особую грубую ткань, войлок или попону — то есть нечто, связанное с производством или использованием плотного материала. Соответственно, Чеменец — это либо ткач, либо торговец такой тканью, либо человек, носивший характерную одежду из чеменя.

Суффикс -ец в прозвище Чеменец указывает на принадлежность к определённому ремеслу или местности (по аналогии с кузнец, торговец). А вот фамильный суффикс -ев здесь не случаен: он присоединился к основе на мягкий согласный (Чеменец -> Чеменцев), что типично для русской модели образования фамилий от прозвищ на -ец. Встречается и вариант Чеменцов — с твёрдым окончанием, но он менее распространён.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским регионам, где исторически было сильнее тюркское влияние и где существовал промысел по выделке грубого сукна. Встречается она нечасто, что говорит о локальном, а не общерусском происхождении. В дореволюционных источниках Чеменцевы фиксировались чаще всего среди крестьян и мещан, реже — среди казачества, где прозвища по роду занятий были особенно живучи.