Фамилия Шелементьев — одна из тех, где за привычным «-ев» скрывается неочевидная основа. Вопреки первому впечатлению, её корень не «шелом» (шлем) и не «шелест», а скорее всего, личное имя или прозвище Шелемень.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного) указывает на отчество или прозвище отца. То есть Шелементьев — это «сын Шелементия» или «потомок Шелемени». Сама основа Шелемень (или Шелемент) в древнерусском языке — это уменьшительная форма от крестильного имени Филимон (греч. «любящий, милующий»). Звуковой переход «фи» в «ш» и смягчение «л» — типичное для народной речи, как, например, из Филиппа получился Шилиппа, а из Федора — Шведор. В говорах имя Филимон могли произносить как Шилимон, а затем — Шелемон, Шелемень.

Есть и другая, менее вероятная версия: от прозвища Шелемень, образованного от диалектного глагола «шелеменить» — болтать, пустословить, или от «шелом» в значении «бугор, холм». Но первая гипотеза, через народную переделку крестильного имени, выглядит убедительнее: она объясняет и суффикс -ент- (в формах Шелемент, Шелементий), который иногда появляется в документах.

Фамилия преимущественно русская, с северным или вологодским следом. В переписных книгах XVII века встречаются крестьяне Шелементьевы в Вологодском уезде. В XIX веке фамилия зафиксирована в Вятской, Пермской и Архангельской губерниях — регионах, куда уходили переселенцы с Русского Севера. Таким образом, предки носителя фамилии — скорее всего, государственные или монастырские крестьяне, носившие в быту имя Шелемень, которое и перешло в наследственное прозвание.

В отличие от фамилий на «-ов/-ев», образованных от распространённых канонических имён (Иванов, Петров), Шелементьев — пример того, как живой язык перерабатывал церковное имя до неузнаваемости, закрепляя в родовом имени местный говор.