Фамилия Хемеля — редкая и нестандартная для русского уха. Её происхождение почти наверняка не славянское, а западноевропейское, скорее всего, немецкое или финское. В русском языке она звучит как субстантивированное прилагательное женского рода (отвечает на вопрос «чья?»), но это совпадение: в исконном виде фамилия не имеет суффикса -а, а оканчивается на гласный.

В основе, вероятнее всего, лежит немецкое прозвище или топоним. Немецкое слово «Hämel» (диалектное) могло означать «барашек» или «валух» — то есть кастрированного барана. В таком случае фамилия образована от прозвища пастуха, торговца скотом или человека с кротким, «овечьим» нравом. Возможна и связь с фамилией Hämmel или Hemmel, которая в некоторых немецких диалектах восходит к личному имени Hemmo (сокращение от Hemmrich, аналог Генриха).

Второй вариант — финское происхождение. В Финляндии встречается фамилия Hämäläinen (от названия исторической области Хяме), но более короткая форма Hämäle или Hämälä при миграции в Россию могла трансформироваться в Хемеля. Финские фамилии часто оканчиваются на гласный, и при адаптации в русской среде к ним могли добавлять флексию -я для удобства склонения.

Написание через «Хе» вместо «Ге» (сравните с немецкой Heine или Hemmer) указывает на то, что фамилия попала в русский язык через устную передачу, без письменной фиксации в немецком варианте. В дореволюционных документах можно встретить варианты Хемель, Хемелев, Хемеле, но форма Хемеля закрепилась как женская по окончанию, хотя носителями могут быть и мужчины.

Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи: Прибалтика, бывшие немецкие колонии на Волге, а также северо-запад (Карелия, Ленинградская область) — где оседали финны и ингерманландцы. В современной России фамилия встречается единично, что делает её ярким маркером миграционной истории конкретной семьи.