Фамилия Черемняков — из тех, что образованы не от имени, а от прозвища по растению. В её основе лежит слово «черёмуха», но в диалектной форме: в ряде русских говоров, особенно на севере и в Сибири, черёмуху называли «черемша» или «черёмна». Отсюда и пошло прозвище Черемняк — так могли прозвать человека, жившего у черёмухового леса, либо того, кто торговал её ягодами или часто их собирал. Вторая, менее вероятная версия — связь с растением черемша (дикий лук), но для фамилии Черемняков это спорно: черемша в говорах чаще давала форму Черемшанов, а «черёмный» устойчиво указывает на черёмуху.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ов присоединился к основе прозвища Черемняк. Это значит, что фамилия закрепилась в среде, где преобладала патронимическая модель (сын Черемняка). В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), здесь мы видим мужское окончание прозвища на твёрдый согласный — именно такие основы дают фамилии на -ов.

Географически фамилия Черемняков редка и не имеет широкого рассеяния. Встречается в основном в центральных и северных областях России — там, где черёмуха была заметной частью ландшафта и быта. Сословная принадлежность, скорее всего, крестьянская: прозвища по природным объектам и растениям типичны для сельской среды, где человека легко могли назвать по месту жительства или занятию.

Родственные фамилии — Черемнов, Черемшанов, Черемных — построены от тех же корней, но с разными суффиксами. Черемняков выделяется именно формой на -як, которая в русских прозвищах часто придаёт оттенок принадлежности к чему-то или склонности (ср. Дубняк, Березняк, Сосняк). Так что предок носителя этой фамилии был, по всей видимости, «человеком от черёмухи» — либо жившим в черёмуховом месте, либо ходившим туда за ягодой.