Фамилия Череменцев — довольно редкая, и её происхождение напрямую связано с географическим названием. Основа фамилии — топоним Череменец, а точнее, озеро Череменецкое в Ленинградской области. На его берегу стоит Череменецкий Иоанно-Богословский монастырь, известный с XV века. Таким образом, Череменцев — это типичная «географическая» фамилия, образованная по модели «название места + суффикс принадлежности».

Суффикс -ев (вариант -ов после мягкой основы) указывает на значение «чей?» — сын или потомок человека, связанного с этим местом. Первым носителем фамилии мог быть крестьянин или монастырский служка, выходец из деревни у Череменецкого озера, либо человек, получивший прозвище по месту жительства — «Череменец». В русской ономастике такие фамилии нередко давали переселенцам: переехав в другую губернию, человек становился Череменцевым, то есть «тем, кто с Череменца».

В отличие от распространённых фамилий на -ов/-ев, образованных от личных имён (Иванов, Петров), Череменцев стоит особняком. Здесь нет мужского имени Черемен — это чисто топонимическая основа. Похожие примеры — Онегин (от реки Онега), Волгин (от Волги) или Ильин (от Ильинской слободы). Однако Череменцев встречается значительно реже, что говорит о локальном происхождении: фамилия бытовала в основном в северо-западных регионах России, особенно в Новгородской и Псковской губерниях, где находятся Череменецкие земли.

Второй, менее вероятный вариант — связь с диалектным словом «черемец» или «черемис». Так в старину называли марийцев (устаревшее «черемисы»). Если допустить эту версию, Череменцев мог означать «сын черемиса» — то есть человека марийского происхождения. Но против этого говорит форма: от «черемис» ожидалась бы фамилия Черемисов или Черемисин, а не Череменцев. К тому же суффикс -ец в основе (череме-нец) указывает на принадлежность к месту, а не к этносу. Поэтому первая версия — от озера Череменец — и по географии, и по словообразованию выглядит убедительнее.