Фамилия Череменева — женская форма, а мужская — Череменев. В её основе лежит прозвище или нецерковное имя Черемень. Слово «черемень» в русских говорах имело несколько значений, и чтобы понять, какое из них дало фамилию, нужно разобраться в географии и контексте.

Самое вероятное объяснение связано с диалектным словом «чере́мень» — так в некоторых областях (особенно на севере и в Сибири) называли кожаный пояс, ремень. Прозвище Черемень могли дать человеку, который носил заметный, широкий пояс, либо мастеру по выделке кож или изготовлению ремней. В этом случае фамилия относится к группе «профессиональных» прозвищ, перешедших в фамилии, как, например, Кожемяка или Скорняков.

Менее распространённая, но возможная версия — от слова «череме́нный» в значении «рыжий», «красноватый» (от древнерусского «чермный»). Однако здесь сложность в том, что в фамилии корень «черемен-», а не «чермен-», что делает эту гипотезу слабой, если не предположить диалектное искажение. Ономасты (например, в работах по севернорусским фамилиям) чаще склоняются к версии с ремнём, так как суффикс -ев в фамилии Череменев указывает на основу на мягкий согласный (Черемень → Череменев), что типично для прозвищ, оканчивающихся на -ень.

Суффикс -ев — патронимический, то есть фамилия означает «сын Череменя». Семья, носившая эту фамилию, вероятно, происходила из северных или центральных губерний России, где слово «черемень» было в ходу. Встречаемость фамилии невысокая, что говорит о её локальном происхождении — возможно, от одного прозвища в конкретной деревне или волости. Сословно это могли быть крестьяне или посадские люди: ремёсла, связанные с кожей и упряжью, были распространены именно в этих слоях.