Фамилия Кулемякина образована от прозвища Кулемяка. Слово «кулемяка» в русских говорах имеет несколько значений. Чаще всего так называли неуклюжего, неловкого или медлительного человека — того, кто всё делает «тяп-ляп», кое-как. В некоторых диалектах «кулемякой» могли назвать и неряху, и даже простоватого, недалёкого человека. Прозвища такого рода — Кулемя, Кулемка, Кулемяка — были распространены в крестьянской среде, где меткое слово быстро прилипало к человеку и становилось его уличным именем.

По другой версии, в основе фамилии может лежать не прозвище, а древнее языческое имя Кулемя. Имена с корнем «кул-» встречаются у славян: «кула» означало «мешок», «узел», а в переносном смысле — «толстяк», «увалень». Такие имена давали как обереги: считалось, что назвав ребёнка некрасиво, родители отводят от него злые силы.

Фамилия Кулемякина — женская форма от Кулемякин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Кулемякин буквально значит «сын Кулемяки» или «человек из рода Кулемяки». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ и имён, оканчивающихся на -а/-я.

Именования по той же модели — Кулемин, Кулемкин, Кулемякин — широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян. Фамилия достаточно редкая, её географическое ядро — северные и центральные области России, особенно Вологодская и Архангельская губернии, где диалектное слово «кулемяка» было в ходу. Встречается она и на Урале, куда переселенцы с севера принесли свои прозвища и фамилии.

Таким образом, фамилия Кулемякина — не случайный набор звуков, а живое свидетельство народной наблюдательности: предок носителя фамилии получил прозвище по своему характеру или внешности, и это прозвище закрепилось за его потомками.