Фамилия Кемелбек — редкий для русской ономастики случай. Она не вписывается в привычную модель образования через суффиксы -ов, -ев или -ин. Её основа — составное тюркское имя Кемелбек, которое и стало фамилией без каких-либо дополнительных формантов. Такое «застывшее» имя в роли фамилии характерно для народов Центральной Азии и Кавказа, где фамилии нередко равны полному имени предка.

Разбираем имя на части. Первая часть — «кемел» (варианты: камил, кемаль). В арабском языке, откуда слово пришло в тюркские, «камиль» означает «совершенный», «зрелый», «полный». В казахском и других тюркских языках «кемел» закрепилось в значении «совершеннолетие», «зрелость», «полнота сил». Вторая часть — «бек» — титул, распространённый у тюркских народов. Изначально «бек» — это князь, предводитель, господин. В именах этот компонент указывал на знатное происхождение или пожелание ребёнку стать лидером, уважаемым человеком.

Таким образом, имя Кемелбек буквально означает «зрелый (совершенный) господин» или «полновластный бек». Это имя-пожелание: родители надеялись, что сын вырастет достойным, состоявшимся человеком, достойным своего высокого титула. Носитель фамилии Кемелбек — потомок человека, которого звали именно так. Фамилия не менялась по падежам и не склонялась, что типично для фамилий тюркского происхождения, вошедших в русский обиход поздно или не прошедших русификацию.

Географически фамилия Кемелбек встречается прежде всего в Казахстане, Кыргызстане, а также среди каракалпаков. В России она — редкость и, скорее всего, принадлежит выходцам из этих регионов. Социальный контекст: в дореволюционной Средней Азии имя с титулом «бек» чаще давали в семьях, имевших отношение к местной знати или военной верхушке, но к XX веку оно стало общеупотребительным, утратив строгую сословную привязку.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Кемелбек стоит в одном ряду с Кемеловым или Кемельбаевым, но отличается тем, что в нём нет русского суффикса. Это делает фамилию «чистым» антропонимом — прямым переносом имени в разряд фамилий, что сближает её с такими фамилиями, как Ахмет, Али или Мурат.