Фамилия Елемина — женская форма, а мужская, Елемин, образована от имени или прозвища Елема. На первый взгляд напрашивается связь с «лесными» словами, но это обманчивое впечатление. Чаще всего Елема — это сокращённый, домашний вариант церковных имён: Елисей (древнееврейское «спасённый Богом»), Елизар («Бог помог»), Елевферий (греческое «свободный») или редкое Елпидифор («несущий надежду»). Такие уменьшительные формы были обычны в крестьянской и мещанской среде, поэтому основатель рода Елеминых, скорее всего, происходил из простого сословия.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Елемина — «дочь или жена Елемы». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а.

Есть и другие версии происхождения, хотя они менее распространены. Например, прозвище Елема могли дать человеку по роду занятий: от персидского «елем» — «клей». Тогда Елема — это мастер, изготовитель клея или торговец им. Ещё одна гипотеза отсылает к древнеславянскому «елем» — «болото, низина». В таком случае прозвище закрепилось за тем, кто жил в сырой, низменной местности. Обе эти версии — скорее предположения, без надёжного подтверждения в ономастических словарях, в отличие от основной — имени-основы.

Фамилия редкая, её географическое распространение невелико. Встречается в центральных областях России и на Урале, но массовых очагов нет. Сравнение с однокоренными фамилиями — Елисеев, Елизаров — показывает, что Елемин и Елемина стоят особняком: они не получили широкого распространения, так как уменьшительная форма Елема не стала общеупотребительной.