Фамилия Кельмекеев — редкая и, судя по всему, тюркская по происхождению. Её основа, скорее всего, лежит в татарском или башкирском языке, где слово «кельмек» или его диалектные варианты могут означать «приходить», «прибывать» либо быть связанным с понятием «невестка» (килен, кельн). Однако наиболее вероятная версия отталкивается от имени Кельмекей — древнего тюркского составного имени, где первая часть «кель» («приходи») соединяется с аффиксом принадлежности или уменьшительно-ласкательным суффиксом «-кей». Такие имена-пожелания (например, Кельдебек, Кельдибай) давали долгожданному ребёнку, которого «призвали» или «дождались».

Суффикс «-ев» в конце фамилии — это стандартный русский патронимический формант, который при крещении или при переписи населения добавили к тюркской основе. По модели образования Кельмекеев — это «сын Кельмекея». Фамилия могла закрепиться в среде татар-мишарей, башкир или казахов, но без географической привязки к конкретному региону говорить сложно: в открытых базах данных она встречается единично, преимущественно в Поволжье и на Южном Урале.

Интересная деталь: фамилия сохранила редкую для русского уха фонетику с сочетанием «кель-» и двойным «ее» в середине. Это указывает на то, что при адаптации в русские документы носители стремились максимально точно передать звучание исходного имени, не упрощая его до «Кельмеков» или «Кильмекеев». Если бы фамилия была более массовой, она бы, скорее всего, обросла вариантами написания, но её уникальность говорит о том, что родоначальник был, вероятно, выходцем из конкретного села или рода с устойчивой традицией имени.

Сословно предки Кельмекеевых, скорее всего, относились к государственным или ясачным крестьянам (в Поволжье это были тептяри и башкиры), а не к дворянству — фамилия не фигурирует в родословных книгах. Встречаемость фамилии сегодня крайне низкая, что делает её ценной для генеалогического поиска: по ней можно проследить миграцию одной семьи, а не целого клана.