Фамилия Храмеля — довольно редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а яркое бытовое прозвище. Её происхождение напрямую связано с диалектным словом «храмля» или «храмлей», которое в южнорусских и украинских говорах означало хромого человека, того, кто прихрамывает. Чередование «м» и «п» здесь не случайно: это результат народной этимологии, когда неясное слово «храпля» (от «храпеть») или «храмля» переосмысливалось под влиянием слова «храм», хотя к церкви прозвище отношения не имеет. Таким образом, первый носитель фамилии — человек, получивший уличное прозвище за походку.

Модель образования фамилии необычна для русского ареала. Суффикс -я в финале (Храмеля) типичен скорее для украинской или белорусской традиции, где так часто оформляли прозвища в качестве фамилий без дополнительных суффиксов. В русском языке подобные формы обычно обрастали патронимическими -ов или -ин, давая фамилии Храмелев или Храмлин. Фамилия Храмеля, скорее всего, закрепилась в том виде, в каком прозвище бытовало в речи: «Иван Храмеля» — то есть Иван-хромец. Это указывает на то, что предок жил в зоне украинского или белорусского влияния, либо на юге России, где подобные бессуффиксные фамилии встречаются чаще.

В ономастических источниках фамилия не относится к числу распространённых. Словарь Б. Унбегауна не фиксирует её в основном корпусе русских фамилий, что подтверждает её локальный, возможно, западнорусский характер. Интересно, что фамилия могла возникнуть и как прозвище человека, который «храмел» в переносном смысле — например, был нерасторопным или отставал в делах, но прямая связь с физическим недостатком остаётся основной версией. Встречается также вариант с ударением на второй слог — Храмеля́, что свойственно украинской фонетике.

Сословная принадлежность предков, скорее всего, была крестьянской или казачьей: прозвища по физическим особенностям давали в среде, где люди были на виду друг у друга, в сельской общине. Дворянские роды с такой фамилией неизвестны. Географически фамилия чаще всего встречается в западных областях России (Брянская, Смоленская) и на востоке Украины, что совпадает с ареалом бытования слова «храмля». В советское время фамилия могла быть изменена при паспортизации на более благозвучную Храмелев, поэтому исходная форма сохранилась в основном в семьях, не менявших документально прозвищную запись.