Фамилия Кулемина, как и большинство русских фамилий на -ин, образована от прозвища или имени Кулема. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Кулемин, то есть сын или потомок Кулемы. В основе фамилии лежит слово «кулема», у которого было два совершенно разных значения в народной речи, и оба могли стать источником прозвища.

Первое значение — сугубо конкретное, промысловое. У В. И. Даля «кулема» — это ловушка на мелкого зверя, разновидность давящего капкана. В Сибири кулемой называли дворик из кольев с воротцами, где ставилась палка, которая падала и придавливала зверька. Прозвище Кулема в этом случае мог получить охотник, который ставил такие ловушки, или, реже, сам мастер, делавший их. Впрочем, не исключено, что в переносном, сниженном смысле «кулемой» дразнили человека неловкого или неумелого — как бы «попавшего в собственную ловушку».

Второе значение связано с глаголом «кулемесить», означавшим «говорить вздор», «производить беспорядок и сумятицу», «суетиться попусту» или даже «бить, колотить». Соответственно, Кулемой (или Кулемесей) в старину называли болтуна, беспокойного и суетливого человека, а также забияку и драчуна. Эта версия не менее правдоподобна: прозвища по характеру давали часто, и фамилия Кулемина могла закрепиться за потомками такого беспокойного предка.

Обе гипотезы имеют право на существование, и без привязки к конкретному региону бытования фамилии выбрать между ними сложно. В одном случае предок был охотником или оружейником, в другом — человеком с непростым нравом. Фамилия довольно редкая, её основная масса встречается в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает обе версии: в этих местах был распространён и охотничий промысел, и диалектная лексика с корнем «кулем-».