Фамилия Галемшина — редкая и сложная для однозначного толкования. Чтобы понять её происхождение, нужно разобрать основу, ударение и суффикс. Скорее всего, перед нами фамилия тюркского или арабо-персидского корня, которая прошла через русскую словообразовательную модель.

Основа «Галемш» почти наверняка восходит к мужскому личному имени Галим (или Галем) — распространённому у татар, башкир и других тюркских народов. Имя Галим (от арабского «алим» — «знающий», «учёный») часто давали в честь одного из эпитетов Аллаха. Форма «Галемш» могла возникнуть как диалектный вариант или как результат присоединения тюркского притяжательного аффикса, означающего принадлежность («его Галим»). Вторая версия — основа могла быть образована от прозвища, связанного с тюркским словом «галем» (мир, вселенная) или «калем» (перо, письмо), но это менее вероятно.

Суффикс «-ин» указывает на русский способ оформления фамилии: так в центральной России и Поволжье часто русифицировали инородные имена, добавляя к основе окончание, отвечающее на вопрос «чей?». Фамилия Галемшина — женская форма, мужская, соответственно, Галемшин. Географически фамилия тяготеет к регионам смешанного русско-тюркского населения: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская, Самарская, Челябинская области. Встречается она крайне редко, что говорит о её локальном происхождении — вероятно, от конкретного рода или семьи.

По сословной принадлежности носители фамилии, скорее всего, относились к государственным или ясачным крестьянам, реже — к служилым татарам. Фамилия не дворянская, не купеческая. В дореволюционных метрических книгах её могли записывать с искажениями: «Галемшин», «Галимшин», «Галемшев». Разница в написании объясняется тем, что русские писцы передавали звучание тюркской речи на слух, не имея единого стандарта.