Фамилия Кремлёва чаще всего образована не от слова «кремль» в значении «крепость», а от существительного «кремель» — то есть кремень. Это прозвище давали либо мастеру, который добывал кремни на продажу, либо человеку с твёрдым, неуступчивым характером, скупцу или упрямцу. Со временем гласная «е» в середине слова выпала, и «Кремель» превратилось в «Кремль», а затем в фамилию Кремлёв.

Слово «кремель» имело и другое значение — «твердый, трудный для обработки участок ствола дерева». В этом случае прозвище тоже закреплялось за упрямым человеком. Обе версии сходятся на том, что в основе лежит не топоним, а личное качество или ремесло.

Тем не менее есть и гипотеза, связывающая фамилию напрямую с кремлём. В уральских говорах так называли каменный гостиный двор, выстроенный квадратом, или центральную часть заводского поселения. Прозвище Кремль мог получить человек, живший рядом с такой постройкой или у крепостных стен. Эта версия подкрепляется тем, что прозвище Кремль встречается в Приуралье уже в XVII веке — например, в документах упоминается крестьянин села Троицкое Артюшка Кремль.

Фамилия Кремлёва зафиксирована в исторических источниках. В Книге памяти Свердловской области указана Александра Григорьевна Кремлёва, родившаяся в 1895 году в селе Федьковка Невьянского района Уральской области. Среди известных носителей фамилии — русский советский прозаик и драматург Илья Львович Кремлёв, правовед Николай Александрович Кремлёв, музыковед, композитор и художник Юлий Анатольевич Кремлёв.

Окончательно установить точное время и место возникновения фамилии можно только по результатам генеалогического исследования конкретной семьи.