Фамилия Чемерева — женская форма, а её мужской вариант Чемерев. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Чемерь, а корень уходит в диалектную лексику. В русских говорах «чемер» или «чемерь» — это растение, известное как чемерица (ядовитая трава), а также, по Далю, «чемер» мог означать «хворость», «недуг» или «дурман». Есть и другая версия: в южнорусских и украинских говорах «чемер» называли вид кафтана или верхней одежды, что отсылает к портновскому делу или особенностям гардероба.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»), то есть Чемерев — сын Чемеря. Аналогично образованы фамилии Бобров, Козлов, но с той разницей, что основа здесь не животное, а прозвище, связанное либо с растением, либо с болезнью, либо с одеждой. Фамилия редкая, не входит в число распространённых, и её география тяготеет к южнорусским областям, а также к бывшим территориям Речи Посполитой, где украинские и белорусские говоры сохраняли слово «чемер» в значении «кафтан».

Ономастический словарь Б. Унбегауна не фиксирует Чемерева в числе частых фамилий, что говорит о её локальном происхождении. В дореволюционных источниках носители фамилии встречаются в основном среди крестьян и мещан Черниговской, Полтавской и Курской губерний. Суффикс -ев, а не -ов, указывает на мягкую основу (Чемерь — Чемерев), что характерно для прозвищ, оканчивающихся на -рь.

Если отталкиваться от прозвища «Чемерь» в значении «хворый» или «тот, кто носит чемер», то предок мог быть либо человеком с болезненным видом, либо портным, либо носителем характерной одежды. Точную версию назвать трудно, но растение чемерица — самый распространённый корень в русских фамилиях такого типа, хотя он не отменяет и других значений.