Фамилия Кельмембетова — женская форма фамилии Кельмембетов, которая имеет тюркское происхождение, скорее всего башкирское или казахское. В основе лежит составное имя Кельмембет. Первая часть, «кельме» (или «килме»), означает «не пришёл» или «не приходи» — это архаичный оберег, которым родители пытались обмануть злых духов, чтобы те не забрали ребёнка. Вторая часть — «мбет» или «бет» — это сокращение от арабского имени Мухаммед (Магомет). Получается что-то вроде «Мухаммед не пришёл» или «не приходи, Мухаммед»: имя-заклинание, призванное защитить младенца от смерти.

Суффикс «-ов» (в женском варианте «-ова») — это русский патронимический формант, который добавили при оформлении фамилии в документах XIX–начала XX века. До этого, скорее всего, существовало отчество Кельмембет улы (сын Кельмембета) или Кельмембет кызы (дочь Кельмембета). Фамилия закрепилась в среде оседлых тюркских народов, которые приняли русскую модель фамилеобразования: башкир, татар, казахов.

Обратите внимание на редкую конструкцию: в тюркских именах-оберегах чаще встречаются повелительные формы с частицей «-ма» («не делай»), а «кельме» — это именно завершённое отрицание в прошедшем времени. То есть имя Кельмембет буквально означает «Мухаммед не пришёл» — имеется в виду, что дух смерти прошёл мимо, ребёнок выжил. Такая модель встречается в основном у башкир и южных уральских татар, реже у казахов.

Встречаемость фамилии невысокая, она локализована в основном в Республике Башкортостан, Оренбургской и Челябинской областях. Известных публичных носителей с такой фамилией нет, что говорит о её крестьянском происхождении: предки были, скорее всего, скотоводами или земледельцами, и фамилия не получила дворянского распространения.