Фамилия Черемахин — довольно редкая, и её происхождение напрямую связано с диалектным словом «черемаха». В северных и сибирских говорах так называли черемуху, а иногда — заросли кустарника или лесную чащу. Таким образом, в основе фамилии лежит не имя и не профессия, а природный объект, что указывает на прозвище, данное человеку по месту жительства или характерной черте.

Суффикс «-ин» в фамилии Черемахин указывает на модель образования от существительного, оканчивающегося на «-а». Формально это притяжательное прилагательное, отвечающее на вопрос «чей?»: Черемаха — сын Черемахина. Такой суффикс типичен для северных и восточных регионов России, где прозвища на «-а» были особенно распространены. Само прозвище Черемаха могли дать человеку, жившему в густых зарослях, у черемуховой рощи, или же тому, кто был высок, худ и «ветвист», как куст. Встречалось и переносное значение: черемахой в некоторых говорах называли сварливого, колючего человека — по аналогии с терпкими ягодами.

В ономастике фамилия Черемахин примыкает к группе «ботанических» фамилий, таких как Калинин, Малинин, Рябинин, но отличается от них более узкой диалектной основой. Если Калина или Малина — общеславянские названия, то черемаха — слово локальное, что сразу сужает ареал возможного возникновения фамилии. Вероятнее всего, её корни — в Архангельской, Вологодской или Пермской губерниях, откуда она могла распространиться с переселенцами в Сибирь.

Встречаются варианты написания Черемохин, Черемахов, но форма Черемахин — основная и наиболее устойчивая. Фамилия недворянская, крестьянская или мещанская, что подтверждается её прозрачной «природной» этимологией: знатные роды обычно брали фамилии от топонимов или личных имён, а не от названий кустарников.