Фамилия Чепемисин — одна из тех, чья основа угадывается не сразу. Если отбросить типичный русский фамильный суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?»), остаётся корень Чепемис-. Здесь почти наверняка скрывается искажённое или диалектное слово «чепе́миш» — так в некоторых южнорусских и украинских говорах называли чепуху, ерунду, вздор. В словаре Владимира Даля зафиксировано слово «чепуми́сный» в значении «пустяковый, вздорный». Прозвище Чепемиса (или Чепемис) могли дать человеку несерьёзному, болтливому либо тому, кто занимался, с точки зрения окружающих, пустыми делами.

Модель образования проста и характерна для крестьянской среды: прозвище на -а → фамилия на -ин. Сын Чепемисы становился Чепемисиным, то есть «Чепемисин сын». Такие фамилии часто возникали в среде, где ещё не было устоявшихся родовых имён, и закреплялись за целыми семьями в документах XVII–XIX веков.

Версия о происхождении от тюркского или финно-угорского имени маловероятна: ни в одном из известных ономастиконов (Унбегаун, Никонов, Веселовский) подобный корень не упоминается как заимствованный. Фонетика «чепе-» скорее отсылает к славянскому «чеп» (зацепка, крючок) или к тому же «чепуха», чем к иноязычному источнику.

Географически фамилия редкая. Единичные носители встречаются в Воронежской, Ростовской областях и на Кубани — регионах, где были сильны южнорусские говоры. В дореволюционных переписях фамилия почти не фиксируется, что говорит о её позднем закреплении (вероятно, уже в XIX веке) и локальном бытовании.

Написание с буквой «и» в суффиксе — единственно верное, поскольку основа на -а даёт -ин, а не -ов. Вариант «Чепемисов» был бы ошибочным с точки зрения словообразования, хотя в неграмотных записях такое могло встречаться.