Фамилия Хемраев — редкий пример, когда исходное имя-основа не славянского, а восточного происхождения. Её разбор стоит начать с корня, а не с суффикса, потому что именно корень сразу указывает на географию и этническую принадлежность предков.

Основа фамилии — тюркское мужское имя Хемра (варианты: Хемра, Хемраш). В туркменском и некоторых других тюркских языках (например, в узбекском) это имя означает «спутник», «товарищ», «друг». Восходит оно к арабскому слову «хамир» (друг, соратник), но в тюркской среде закрепилось именно в значении «верный попутчик» или «собеседник». Имя было популярно в Туркмении и среди народов Средней Азии, что сразу сужает круг поиска: носители фамилии Хемраев — почти наверняка потомки выходцев из Туркменистана или смежных регионов (север Афганистана, Иранский Хорасан).

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий, но не на русское происхождение. В XIX–XX веках, когда территории Средней Азии вошли в состав Российской империи, а затем СССР, местные жители получали русские паспорта, и их отчества и родовые имена оформляли по стандартной схеме: к основе добавляли -ов или -ев. Так имя Хемра превратилось в фамилию Хемраев. Буква «е» в суффиксе — результат мягкого произношения корня (Хемра — Хемраев), это типичный случай для имён, оканчивающихся на -а, -я.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то в той же Туркмении встречается вариант Хемраов (с твёрдым суффиксом -ов), а также Хемраев с ударением на второй слог. В русской записи закрепилось именно «Хемраев», хотя в оригинале имя звучит с ударением на первый слог — Хемра. Споров о значении корня практически нет: лингвисты сходятся на тюркском «друг» или «спутник». Слабая версия о связи с арабским «хамар» (луна) маловероятна, так как в тюркских языках это имя не зафиксировано в лунном значении.

Социальный контекст простой: фамилия не дворянская и не купеческая. Её носили в основном скотоводы, земледельцы и ремесленники из Туркмении. Встречаемость за пределами Средней Азии — единичная, в основном среди потомков туркменских семей, переехавших в Россию или Казахстан в советское время.