Фамилия Джемилев — одна из тех, что прямо указывает на имя предка. В её основе лежит мужское имя Джемиль, народная форма арабского Джамиль (جميل), что значит «красивый». Скорее всего, так назвали ребёнка, который радовал родителей своей внешностью, — распространённая практика в тюрко-мусульманской традиции давать имена с положительным значением.

Модель образования проста: к основе Джемиль прибавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Так фамилия вписалась в русскую грамматическую систему, характерную для многих народов Российской империи — крымских татар, азербайджанцев, турок, которые получали фамилии на -ов/-ев после присоединения их территорий.

Есть и другая версия: в основе лежит турецкое женское имя Джемила (Cemile), означающее «любезная», «приятная». В таком случае фамилия могла образоваться от имени матери или бабушки — бывало, что сына записывали по материнской линии, особенно если женщина пользовалась большим уважением в роду. Но эта гипотеза менее вероятна: патронимическая модель «от отца» встречается чаще, и имя Джемиль как мужское зафиксировано в ономастических справочниках.

Самая известная ветвь фамилии — крымскотатарская. Благодаря Мустафе Абдулджемилю Джемилеву (родился в 1943 году), лидеру национального движения, бывшему председателю Меджлиса и советскому диссиденту, фамилия стала широко известна. Его отчество Абдулджемиль (раб Красивого, то есть Аллаха) тоже содержит тот же корень — это сложное теофорное имя, популярное в исламской традиции.

В написании фамилии встречаются варианты: Джемилев, Джемилёв, реже Джемильев. Первый — самый распространённый в русскоязычных документах, хотя в крымскотатарском оригинале она выглядит как Cemilev.