Фамилия Чемерилова — яркий пример того, как русская фамилия может быть связана с миром растений, причем не с самым благозвучным. В основе лежит слово «чемерица» — так называют ядовитое травянистое растение из семейства мелантиевых. В народе чемерицу знали как сильное средство от вшей и как опасную отраву для скота, если перепутать её с щавелем. Человек, получивший прозвище Чемерила, мог быть знахарем, который собирал эту траву для снадобий, или же просто неосторожным, по незнанию съевшим её и едва выжившим. В любом случае, прозвище было цепким и выразительным.

Модель образования фамилии классическая для русского севера и центральных областей: основа «Чемерил» плюс суффикс -ов, указывающий на принадлежность. Чемерилов — буквально «сын Чемерилы». Женская форма Чемерилова, закрепившаяся в документах, стала основной для потомков по мужской линии в современном паспортном употреблении. Интересно, что фамилия встречается в двух вариантах ударения: на второй слог (Чемери́лова) и на третий (Чемерило́ва). Первый вариант ближе к исходному прозвищу, второй — к названию растения.

Фамилия редкая, её географическое ядро — Воронежская и Курская области, а также юг России, где чемерица растет в изобилии на влажных лугах. Встречается она и на Урале, куда переселенцы принесли прозвище с собой. Среди однокоренных фамилий — Чемерис, Чемерицын, Чемеричкин, но Чемерилова стоит особняком из-за суффикса -ил(а), который часто давал прозвищам оттенок действия или свойства: «тот, кто имеет дело с чемерицей» или «тот, кого чемерица сразила».

Сословная принадлежность носителей неоднородна: в ревизских сказках XIX века Чемериловы значатся и как государственные крестьяне, и как однодворцы (особая категория южных окраин, потомки служилых людей). Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. В современной России фамилия остаётся малочисленной, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска — найти однофамильцев можно в основном в пределах нескольких сёл Черноземья.