Фамилия Калеминцев образована по редкой словообразовательной модели, которая сразу выдает её происхождение. В ней сочетаются суффиксы -ин- и -ец- (в форме -цев-), а затем фамильный суффикс -ов. Такая конструкция типична для фамилий, которые произошли от названия жителя (катойконима) какого-то места. Проще говоря, Калеминцев — это «сын калеминца», то есть человека, который сам носил прозвище или обозначение «Калеминец».

В основе лежит слово «калема» или «калёма». В русских говорах, особенно на севере и Урале, «калёма» означала нечто искривленное, гнутое, а также — в переносном смысле — человека, который ходит с трудом, прихрамывает или горбится. В архангельских и вятских говорах «калёма» — это калека, хромой. Таким образом, прозвище Калёма давали человеку с заметной хромотой или неловкой походкой. От него образовалось название жителя — «калёминец» (тот, кто из рода Калёмы или сам носит это прозвище), а затем и фамилия.

Есть и вторая, менее распространенная версия, связывающая фамилию с профессиональным прозвищем. В некоторых регионах «калемить» означало «гнуть, выгибать», и так могли называть бондаря, изготавливающего гнутые обручи для бочек, или мастера по дугам и полозьям. Тогда Калеминцев — потомок ремесленника, работавшего с гнутым деревом. Эта версия правдоподобна, но уступает первой по частоте: прозвища по физическим недостаткам в крестьянской среде давали гораздо чаще, чем по узкой профессии.

Фамилия редкая и географически привязана к Русскому Северу, Поволжью и Уралу. Встречается в старых переписях Вятской губернии (современная Кировская область) и Пермского края. Сословно это почти наверняка крестьянская фамилия: в среде духовенства или дворянства такие «говорящие» прозвища с суффиксом -ец не приживались.