Фамилия Черменева — женская форма фамилии Черменев. Её основа, скорее всего, восходит к дохристианскому имени или прозвищу Чермень. В русских говорах слово «чермень» имело несколько значений, и все они связаны с цветом: «чермный» означало «красный», «рыжий», «багряный». В старину так могли назвать человека с ярко-рыжими волосами или румяным лицом — прилагательное «чермный» в древнерусском языке было синонимом «красного», а не «чёрного».

Менее вероятная, но возможная версия — связь с тюркским именем Чермен, которое встречалось у татар и башкир. В этом случае фамилия могла бы указывать на этническое происхождение предка, но для русских фамилий такая основа редка, и большинство носителей Черменевых — русского происхождения.

Модель образования типична для русского Северо-Востока: суффикс -ев указывает на принадлежность, то есть Черменев — сын или потомок Черменя. Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных областях России, хотя точной географической привязки нет — ономастические справочники фиксируют её как редкую.

С точки зрения словообразования, фамилия прошла стандартный путь: прозвище Чермень → отчество Черменев → фамилия. В дореволюционных записях могла писаться через «о» — Черменов, но современная норма закрепила вариант с «е» после шипящего.