Фамилия Чемоханова — женская форма фамилии Чемоханов, и её происхождение стоит искать в мужском прозвище или имени, лёгшем в основу. В центре внимания здесь необычная основа «Чемохан», которую можно разобрать на две части: «Чемо-» и «-хан». «Хан» — тюркский титул, хорошо знакомый в русских фамилиях (например, Баскаков, Мурзаев). Первая же часть, «Чемо-», скорее всего, восходит к тюркскому личному имени Чемо или Чема — сокращённой форме от Чеман (в переводе «луг», «поляна»). Таким образом, Чемохан — это составное имя-титул, что-то вроде «Чема-хан» или «хан Чема».

Модель образования фамилии стандартна для русского языка: к основе «Чемохан» добавили патронимический суффикс «-ов», указывающий на принадлежность («чей?» — Чемоханов). Суффикс «-ин» здесь был бы менее характерен, так как основа оканчивается на согласный, а не на -а/-я. Фамилия Чемоханова, следовательно, изначально означала «дочь или жена Чемоханова», то есть потомка человека по имени Чемохан.

Географически фамилия редкая и тяготеет к регионам, где исторически смешивались русское и тюркское население: Поволжье, Урал, Северный Кавказ. Не исключено, что предок носителя фамилии был не просто крестьянином, а служилым человеком или мелким землевладельцем, получившим прозвище за связь с местной тюркской знатью. Встречаются варианты написания «Чемоханова» и «Чемаханова» — они отражают разное произношение гласного в первом слоге (ёкающее или якающее), что типично для устной речи.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Чемоханов стоит в одном ряду с Чемашкиным, Чемадуровым, Чемезовым — все они образованы от тюркских личных имён, начинающихся на «Чем-». Однако суффикс «-хан» выделяет Чемоханова из этого ряда, указывая на более высокий социальный статус основателя рода. В словарях Б. Унбегауна и В. Никонова эта фамилия не фигурирует, что подтверждает её локальный и малочисленный характер.