Фамилия Лемнев образована от прозвища Лемень, и её происхождение неоднозначно — исследователи предлагают как минимум три версии. Первая и самая бытовая связывает прозвище с сибирским словом «леменина» — так в говорах называли листовой табак, который клали за щеку или за губу. Если эта версия верна, то основатель рода Лемневых, скорее всего, был известен своей привычкой жевать табак, и это прозвище закрепилось за ним как основное именование.

Вторая гипотеза ведёт к эрзянскому языку, где слово «лем» означает «имя». В этом случае прозвище могло указывать на то, что человека называли просто по имени, без дополнительных уточнений, или же на его особое положение в общине. Третья версия отсылает к финно-угорскому «ильмень» — так называют низину, поросшую ельником. Здесь прозвище Лемень могло описывать место жительства предка: например, он жил в сырой низине или возле елового леса.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Лемень добавили суффикс -ев, который указывает на принадлежность («чей?» — Лемнев). В некоторых говорах фамилия может писаться как Лемнёв, что отражает ударное окончание. Словообразовательная модель типична для фамилий, возникших из прозвищ: суффикс -ев присоединялся к основам на мягкий согласный. Таким образом, потомок человека по прозвищу Лемень со временем стал Лемневым.