Фамилия Лемехова образована от прозвища Лемех, а оно — от прямого или переносного значения нарицательного слова «лемех». В древнерусском языке так называли колотую или тёсаную дощечку. Именно лемехом обшивали главы храмов — в деревянном зодчестве Русского Севера это слово живёт до сих пор. Скорее всего, Лемехом прозвали столяра или зодчего, который работал с такой фигурной кровельной доской.

Есть и вторая версия. В говорах «лемех» мог означать режущую часть плуга или сохи — тот самый металлический наконечник, который вспарывает землю. Если прозвище пошло от этого значения, то основатель рода мог быть крестьянином-земледельцем либо мастером по изготовлению и ремонту хозяйственной утвари. Оба варианта правдоподобны: ремесленник и хлебороб одинаково часто давали прозвища по своему инструменту.

Фамилия Лемехова — женская форма от Лемехов. По модели образования это типичная русская фамилия на -ов, где суффикс указывает на принадлежность: «сын Лемеха». Со временем потомки человека с прозвищем Лемех закрепили за собой родовое имя. Географически фамилия встречается в основном в северных и центральных регионах России, что согласуется с ареалом деревянного зодчества, где лемех был широко известен.