Фамилия Клёмины — один из примеров того, как в русском языке длинное церковное имя превращалось в короткое домашнее прозвище, а затем закреплялось в официальной фамилии. В основе лежит имя Климентий (в переводе с греческого — «милостивый», по другой версии — «виноградная лоза»). В быту это имя сократили до простой и звучной формы Клёма — так было удобнее в повседневном общении.

По модели образования фамилия относится к самому массовому типу: суффикс -ин указывает на принадлежность. Клёмин — это «чей?» — сын Клёмы, потомок человека по прозвищу Клёма. Такую же схему мы видим в фамилиях Ильин (от Илья), Фомин (от Фома) или Кузьмин (от Кузьма). Суффикс -ин здесь присоединяется к основе, оканчивающейся на гласный или мягкий согласный, что для фамилий на -ин типично.

О точном месте возникновения фамилии Клёмин сейчас говорить сложно: процесс формирования русских фамилий растянулся на несколько столетий. Однако можно предположить, что первоначально она бытовала в северных и центральных регионах России, где имя Климентий было особенно популярно. В крестьянской среде фамилию могли записать в документах только в XVIII–XIX веках, когда началась массовая паспортизация населения.

Фамилия Клёмины — не единичный случай. Её «родственники» по корню — Клементьев, Клеменов, Клемин. Но именно форма с «ё» и суффиксом -ин встречается реже, что делает её любопытным примером фонетического изменения: ударный «ё» сохранил народное произношение уменьшительного имени Клёма, тогда как в официальных формах чаще писали «е».