Фамилия Келемзина — женская форма, мужской вариант — Келемзин. В основе, скорее всего, прозвище или неканоническое имя Келемза. Корень здесь неочевидный, и это как раз тот случай, когда фамилия интересна не очевидной профессией предка, а загадкой прозвища.

Словообразовательная модель простая: суффикс -ин, типичный для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я (ср. Пушкин от Пушка, Келемзин от Келемза). Суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Келемзин, то есть сын или потомок Келемзы.

Что могло значить прозвище Келемза? Есть две основные версии. Первая — тюркская. В тюркских языках есть слова, близкие к «келем», например, «кел» (приходи) или «келеме» (разговор, речь). Прозвище могли дать говорливому человеку или, наоборот, тому, кто постоянно звал, подзывал. Вторая версия — финно-угорская, учитывая, что фамилия встречается в Поволжье и на Урале, где сильны марийские, мордовские, удмуртские корни. В марийском языке «келем» означает «язык» (как орган речи), а «келемзе» — «языкастый», «болтливый». Оба значения сходятся: прозвище указывало на особенность речи — либо излишнюю болтливость, либо необычный говор.

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным русским словом «келем» — так в некоторых говорах называли мешок, котомку. Тогда Келемзой могли прозвать нищего странника или торговца, носившего товар за плечами.

Географически фамилия Келемзина распространена нешироко, но имеет устойчивый очаг в Республике Марий Эл и соседних областях (Кировская, Нижегородская). Это косвенно подтверждает финно-угорскую версию происхождения. Встречается она и среди татарского населения, что тоже не противоречит тюркской этимологии. Социальный состав предков, скорее всего, был крестьянским или мещанским — фамилия не выглядит дворянской или духовной. Точно сказать, кем был первый Келемза, нельзя, но прозвище ему дали по характерной черте: либо он был говорлив, либо носил котомку, либо звал людей — и эта черта закрепилась за родом.