Фамилия Калемина — яркий пример того, как прозвище, данное по внешности или поведению, закрепилось в родовом имени. Её основа — слово «калёма». В русских говорах, особенно на севере и в Сибири, «калёмой» называли неуклюжего, нерасторопного человека, а также того, кто делает всё медленно и с трудом. В некоторых диалектах слово имело и более узкое значение — «человек с грубой, огрубевшей кожей» или «заскорузлый» (от глагола «калеть» — твердеть, черстветь). Таким образом, первый носитель прозвища Калёма был, скорее всего, либо медлительным и неповоротливым, либо человеком, чья кожа огрубела от тяжёлой работы.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Калемина — «дочь (или жена) Калёмы». В русской антропонимии фамилии на -ин образуются от основ, оканчивающихся на -а или -я, и это одна из самых распространённых моделей. Мужской вариант — Калемин. Интересно, что ударение в фамилии может падать как на второй слог (Калёмин), так и на третий (Калеми́н), в зависимости от региональной традиции произношения.

По происхождению фамилия относится к так называемым «мирским» прозвищам, то есть не связанным с крестильным именем. Такие прозвища давали в быту, и они могли закрепиться за потомками. В отличие от фамилий, образованных от церковных имён (Иванов, Петров), Калемина — более редкая, «говорящая» фамилия, хранящая память о характерной черте предка. Встречается она преимущественно в центральных и северных областях России, что подтверждает диалектную природу слова.

Сравнение с однокоренными фамилиями, такими как Калемов, Калёнов или Калеев, показывает, что все они восходят к одному корню, но с разными суффиксами. Калемина — одна из немногих, где прозвище сохранилось в форме, близкой к исходному слову. В дореволюционных списках фамилия не была распространена среди дворянства, что указывает на её крестьянские или мещанские корни. Сведений о знаменитых носителях фамилии в истории нет, что делает её типичным образцом народной ономастики.