Фамилия Клеманова образована от мужского имени Клеман — народной формы крестильного имени Климент. В церковном календаре это имя латинского происхождения (Clemens — «милостивый, снисходительный»). На русской почве оно дало множество вариаций: Клементий, Клим, Клеман, Клемен. Фамилия с суффиксом -ов (Клеманов) и его женской формой Клеманова — типичная для центральных и северных регионов России, где притяжательные фамилии на -ов преобладали над -ин.

Словообразовательная модель проста: основа Клеман (личное имя или прозвище) плюс патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность потомку человека по имени Клеман. В старину так могли назвать сына, внука или человека, находившегося в услужении у Клемана. Фамилия фиксируется в документах с XVII–XVIII веков, преимущественно в крестьянской и мещанской среде, где полные церковные формы имени часто заменялись сокращёнными бытовыми.

Географически фамилия Клеманова встречается в разных областях, но заметна концентрация в Вологодской, Архангельской и Костромской губерниях — в зоне традиционного бытования севернорусских говоров, где имя Клеман было особенно употребительным. Встречается также в среде староверов, которые нередко сохраняли архаичные формы имён.

Стоит отметить, что фамилия Клеманова (через «а») — это женская форма, а мужской вариант — Клеманов. В современных базах данных фамилия не относится к числу массовых, но устойчиво держится в списках русских фамилий, особенно в сельской местности. Редкое написание через «е» (Клеменова) может указывать на другую ветвь — от имени Клемен, что принципиально не меняет этимологии.