Фамилия Селеменьев образована по модели, которая встречается у восточных, западных и южных славян: к основе, оканчивающейся на мягкий согласный, добавляли суффикс -ев, а не -ов. Здесь этот суффикс присоединён к основе Селемень, которая и дала фамилии имя. В русской традиции такие формы обычно возникали от личного прозвища или от имени — христианского или языческого.

Основа Селемень, скорее всего, восходит к разговорной форме крестильного имени. Наиболее вероятный источник — имя Селемен, народный вариант канонического Симеон (в русском обиходе давало формы Семён, Селиван, а в некоторых говорах — Селемен). От этого Селемена и появилось притяжательное прилагательное «Селеменьев», то есть «сын Селеменя». Менее убедительна, но возможна связь с прозвищем от диалектного слова, обозначавшего медлительного или угрюмого человека, однако письменных подтверждений такой трактовки меньше.

Интересно, что фамилия сохранила редкий для современного русского уха вариант основы с мягким знаком перед суффиксом. В старину такие формы фиксировали чаще: например, рядом бытовали фамилии Селеменев и Селеменьев, и разница в написании отражала не ошибку, а живую традицию произношения в конкретной местности. Суффикс -ев в данном случае не меняет смысла: он указывает на принадлежность, как и более частый -ов, но прикрепляется к основам на мягкий или шипящий согласный.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским говорам, где имя Селемен действительно встречалось как самостоятельное. В документах XVII–XVIII веков такие именования фиксировали у служилых людей и крестьян, но привязывать фамилию к конкретному сословию без дополнительных данных рискованно: по этой модели фамилии получали и посадские, и сельские жители.

Если опираться на общие закономерности русской ономастики, которые описывал Б. Унбегаун, фамилия Селеменьев — типичный пример «патронимической» фамилии второго порядка: сначала от имени Селемен возникло отчество Селеменьев, а затем оно закрепилось как родовое прозвание. Написание с мягким знаком — не орфографическая прихоть, а след того, что в основе когда-то звучал именно мягкий согласный, и это делает фамилию ценной для историка языка: она сохранила архаичную форму, которая в массовых фамилиях вроде Семёнов стёрлась.