Фамилия Сесмёнова — женская форма фамилии Сесмёнов, и это один из редких случаев, когда исходная основа почти не поддаётся однозначной этимологии. В русских говорах не зафиксировано ни слова «сесмень», ни прозвища «Сесмён», которое могло бы стать прямым источником. Поэтому здесь приходится работать не с готовым корнем, а с вероятными искажениями или диалектными вариантами.

Первое, что бросается в глаза — суффикс -ёнов, а не более привычный -ов/-ев. Такое окончание характерно для фамилий, образованных от имён или прозвищ на -ёна (например, Матрёна → Матрёнов). Но имени «Сесмёна» в святцах нет. Ближе всего по звучанию редкое каноническое имя Сисой (от греческого «равный»), которое в народной речи могло превратиться в «Сесой», а затем, под влиянием уменьшительных форм на -ёна (Сесёна), дать фамилию Сесмёнов. Это объяснение не бесспорно, но правдоподобнее, чем попытки вывести фамилию из тюркских корней: никаких параллелей с «сесме» (выбор) или «сес» (голос) в русской антропонимике не прослеживается.

Вторая версия — образование от прозвища, связанного с диалектным словом. В некоторых северных говорах «сесма» означало «шест, жердь» или «перекладина», но это слово крайне локально и не дало других фамилий. Если допустить, что предка прозвали Сесмён за высокий рост или худобу (как жердь), то фамилия могла возникнуть в Архангельской или Вологодской губернии. Однако никаких документальных подтверждений этому нет — фамилия Сесмёнов не встречается в массовых переписях XIX века и не привязана к определённому региону.

По сословному происхождению сказать нечего: фамилия настолько редкая, что не попала ни в дворянские родословные, ни в ревизские сказки крестьян центральных губерний. Скорее всего, это поздняя фамилия, возникшая в XIX веке у крестьян или мещан в глухой местности, где местные чиновники записывали прозвище на слух — так «Сисоев» мог превратиться в «Сесмёнов». Написание с буквой «ё» (а не «е») указывает на ударение на второй слог и на то, что фамилия сохранила живую народную фонетику.

В современной России фамилия Сесмёнова встречается единично, в основном в центральных областях. Носителям стоит рассматривать её как редкий осколок местной речи, который не поддаётся точной расшифровке, но однозначно русский по своей словообразовательной модели.