Фамилия Кулеметьев — один из тех случаев, когда внешне понятное слово таит в себе неожиданный поворот. Если отталкиваться от прямого значения, то украинское «кулемет» действительно означает автоматическое скорострельное оружие — пулемёт. Отсюда напрашивается версия, что предок Кулеметьевых был военным или работал на оружейном заводе. Однако эта гипотеза разбивается о хронологию: пулемёт в его современном понимании — изобретение конца XIX века (первый действующий образец, использующий энергию патрона, создал Хайрем Максим в 1883 году, а в России это оружие массово появилось лишь в начале XX века). Фамилии же в среде крестьян и мещан массово закреплялись на несколько столетий раньше.

Значит, корень глубже. Слово «кулемет» могло быть прозвищем, образованным от глагола «кулемесить» — делать что-то бестолково, суетиться, путать, либо от диалектного «кулема» — неуклюжий, нерасторопный человек. В этом случае прозвище Кулемет получил не воин, а, скорее, медлительный или суматошный хозяин. Суффикс -ьев указывает на патронимическую модель: «чей?» — Кулеметьев, то есть сын или потомок Кулемета. Такая форма характерна для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а, -о.

Фамилия редкая и географически привязана к центральным и северным регионам России, где диалектная лексика сохраняла такие корни. Встречается она и в среде старообрядцев, что косвенно подтверждает её давнее бытование: в среде староверов фамилии часто фиксировались раньше и меньше подвергались поздним книжным влияниям.

Таким образом, Кулеметьевы — это не потомки оружейников, а, скорее всего, род, ведущий начало от человека с нелестным, но бытовым прозвищем, которое давали за манеру поведения. Точное место и время происхождения фамилии можно установить только по архивным записям конкретных губерний, но её словообразовательная модель и семантика корня говорят о глубоких пластах народной речи, а не о военной терминологии Нового времени.