Фамилию Нежеметдинова стоит разбирать через мужскую форму — Нежеметдинов. Она образована от арабского составного имени Нежметдин (Нижметдин, Нажметдин), которое в тюркской и татарской среде перешло в фамилию по русской модели: к основе добавили суффикс -ов, а затем женское окончание -а. Имя Нежметдин — это фонетический вариант имени Наджмуддин (араб. نجم الدين — «звезда веры»). Первая часть «наджм» (звезда) в татарском произношении могла звучать как «нежм» или «нижм», отсюда и написание с «е» вместо «а», которое закрепилось в документах.

Главная особенность этой фамилии — редкое начальное сочетание «Неж-», которое встречается в русских и татарских фамилиях нечасто. Ударение, скорее всего, падает на предпоследний слог — Нежеметди́нова, хотя в устной речи могут быть варианты. Корень «Нежемет-» восходит к тому же арабскому имени, что и у более распространённых фамилий Нажметдинов, Нуретдинов, Зиятдинов. Разница в огласовке первого слога — «Неж-» вместо «Наж-» — может указывать на местный говор или особенность записи в метрических книгах XIX века, когда писарь фиксировал имя на слух.

Географически фамилия привязана к регионам с татарским и башкирским населением: Татарстан, Башкортостан, западные районы Оренбургской области, а также к татарской диаспоре в Средней Азии. Предки носительницы фамилии были, вероятно, мусульманами, и имя Нежметдин им дали при рождении как религиозное — «звезда веры». В XIX веке, после введения обязательных фамилий для татар, это имя превратилось в родовое прозвание. Сословно это могли быть крестьяне или мещане, реже — купцы, но данных о дворянском происхождении этой фамилии нет.

Ономастические словари (например, труды Г. Саттарова по татарским фамилиям) относят подобные образования к группе фамилий на -ов, образованных от арабских имён с религиозным значением. Фамилия Нежеметдинова не имеет отношения к русским словам «нежный» или «метить» — это чисто арабский корень, адаптированный сначала в татарском языке, а потом в русской паспортной системе.