Фамилия Черемыкин образована от прозвища или нецерковного имени Черемыка, а то, в свою очередь, — от диалектного слова «черемыка». В русских говорах так называли дикую вишню (иногда — черемуху или вообще кислую, терпкую ягоду). Человек мог получить такое прозвище за любовь к этой ягоде, за смуглый цвет лица (как ягода) или за кислый, ворчливый нрав — слово несло и переносный смысл. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Черемыкин буквально значит «сын Черемыки», то есть потомок того, кого прозвали за сходство с ягодой или за характер.

В написании фамилии есть одна особенность, отличающая её от однокоренных. Если бы в основе лежало слово «черемуха», фамилия звучала бы как Черемухин. Форма на -ык- (Черемыка, Черемыкин) встречается реже и характерна для севернорусских и сибирских говоров, где «черемыка» — как раз устойчивый вариант названия черемухи. То есть географически фамилия Черемыкин тяготеет к северу и востоку Европейской России, а также к Сибири, куда переселенцы принесли свои диалекты.

Морфологически фамилия проста: основа Черемык- плюс фамильный суффикс -ин. Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я. Подобным образом возникли, например, фамилии Космынин (от Космыня), Корякин (от Коряка). По сословному составу носители Черемыкиных, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми — в дворянской среде такие «ягодные» прозвища почти не встречались. В документах фамилия фиксируется с XVII века, но массово — в переписях XIX века по Вятской, Пермской и Архангельской губерниям, что подтверждает её северное происхождение.