Фамилия Кулеметьев — один из тех случаев, где прямое, лежащее на поверхности объяснение не выдерживает проверки историей языка. Хотя слово «кулемет» в украинском языке действительно означает «пулемёт», связывать происхождение фамилии с военным делом или оружейным производством можно лишь с большой натяжкой. Дело в хронологии: пулемёт в его современном понимании — изобретение второй половины XIX века (первый действующий образец Хайрема Максима появился в 1883 году). Фамилии же у основной массы русского населения, особенно крестьянского, сформировались в основном к XVII–XVIII векам. Маловероятно, чтобы прозвище, данное человеку, перешло в фамилию, отталкиваясь от оружейной новинки, которая вошла в обиход на два-три столетия позже.

Гораздо убедительнее версия, связывающая основу «кулемет» с диалектным или искажённым вариантом слова «кулема». В русских говорах «кулема» — это неловкий, неуклюжий, мешковатый человек, а также неряха или растяпа. Прозвище Кулема было широко распространено в крестьянской среде: его давали тому, кто всё делал медленно, неспоро, часто ронял или ломал вещи. Суффикс -ет- (Кулемет) в таком случае — это экспрессивное, усилительное окончание, которое превращает просто «неуклюжего» в «совершенного увальня». Подобная модель словообразования встречается и в других фамилиях: например, от прозвища Баламут (от «баламутить») или Громот (от «громыхать»).

Таким образом, Кулеметьев — это, скорее всего, «сын Кулемета», то есть потомок человека, которого в деревне дразнили за медлительность или нерасторопность. Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе на твёрдый согласный добавили суффикс -ев (Кулемет → Кулеметьев). Встречается она преимущественно в центральных и северных регионах России, где диалектное слово «кулема» было особенно употребительно. Если искать однокоренные фамилии, то к той же основе восходят Кулёмов, Кулемин, Кулеминский — все они, вероятно, связаны с тем же прозвищным корнем, а не с оружием.