Фамилия Семелина в своей основе имеет женскую форму, что сразу указывает на способ её происхождения: скорее всего, это отчество от женского имени Семелина или, что вероятнее, притяжательное прилагательное, отвечавшее на вопрос «чья?» — то есть дочь или жена человека по прозвищу Семеля. В русской ономастике фамилии на -ин обычно образуются от основ, оканчивающихся на -а или -я, и Семелина — типичный пример такой модели.

Корень фамилии восходит к имени Семён (каноническая форма Симеон), которое в народной речи давало множество производных: Семеля, Семеха, Семушка. Семеля — это уменьшительно-ласкательная или обиходная форма, распространённая в северных и центральных губерниях России. Таким образом, прозвище Семеля мог получить человек по имени Семён, а его потомки стали Семелиными. Мужской вариант фамилии — Семелин — встречается чаще, женская форма Семелина закрепилась в документах как фамилия женщины или как вариант, переданный по материнской линии в случае внебрачного рождения.

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным словом «семеля» — в некоторых говорах так называли разговорчивого, болтливого человека (от «семенить» языком). Однако эта версия уступает основной, поскольку прозвища от имён были массовым явлением, а диалектные значения редко ложились в основу фамилий без дополнительных суффиксов.

Интересная деталь: фамилия Семелина не относится к числу распространённых дворянских или купеческих фамилий. В дореволюционных метрических книгах она чаще всего встречается среди крестьян и мещан Владимирской, Костромской и Ярославской губерний — то есть в регионах, где имя Семён было особенно популярно. Это косвенно подтверждает, что предки носителей фамилии были простыми людьми, чьё родовое имя закрепилось через отчество или прозвище по отцу.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Семёнов, Семин, Семечкин — показывает, что Семелина стоит в ряду редких вариантов, образованных не от полной формы имени, а от его обиходного варианта. Это делает фамилию более локальной и менее «стандартной», что для генеалогического поиска является преимуществом: такая фамилия реже встречается, и её легче отследить в архивных записях.