Фамилия Сельменев образована по самой распространённой в русской ономастике модели — с помощью патронимического суффикса -ев, который присоединяли к основам, оканчивающимся на мягкий согласный. В основе лежит личное имя или прозвище Сельмень. С этим корнем сразу возникает неопределённость: он не встречается в святцах и не является очевидным вариантом крестильного имени, поэтому почти наверняка перед нами прозвищное имя.

Скорее всего, Сельмень — это народная форма какого-либо имени. Наиболее правдоподобная версия связывает его с каноническим именем Селиван (от лат. Silvanus — «лесной», в честь римского божества лесов). В русских говорах имя Селиван нередко упрощали до Сельван, а уменьшительная форма могла звучать как Сельмень. Подтверждение этой гипотезе находим в фамилиях Сельванов, Сельвачёв и в известных исторических прозвищах: в актах XV–XVI веков упоминаются крестьяне Сельваны и Сельваневы. Фамилия Сельменев, таким образом, может быть диалектным вариантом того же ряда.

Есть и другая версия, менее вероятная, но заслуживающая упоминания. В некоторых говорах «сельмень» называли крупный камень или валун, а также нечто тяжёлое и неповоротливое. В этом случае прозвище Сельмень мог получить человек плотного телосложения или медлительный в работе. Однако такая версия не подкрепляется широкой диалектной фиксацией — слово «сельмень» в значении «камень» не является общераспространённым, чаще его фиксируют в севернорусских говорах как «сельга» или «сельмень» в топонимах (например, Сельменский ручей в Архангельской области).

География фамилии Сельменев довольно узкая. По данным переписей XIX–XX веков, основная масса носителей сосредоточена в Поволжье, особенно в Самарской и Симбирской губерниях, а также в прилегающих районах Урала. Это косвенно указывает на то, что фамилия могла возникнуть среди государственных крестьян или однодворцев, которые активно осваивали эти земли в XVII–XVIII веках. В дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована, что говорит о её крестьянском или мещанском происхождении.

Словообразовательный разбор прост: корень сельмен- + суффикс -ев. Ударение, судя по живой речи носителей, падает на второй слог: Сельме́нев. Встречающийся изредка вариант Сельменёв (с «ё» на конце) — это не отдельная фамилия, а орфографическая особенность, возникшая при записи в советских паспортах, когда букву «е» в безударной позиции могли прочитать как «ё».