Фамилия Шеломагин — один из тех случаев, когда корень слова почти сразу выдаёт занятие предка. Основа здесь — «шелом», древнерусское название шлема. В старину шеломом называли не любой головной убор, а именно боевой металлический шлем, защищавший воина в бою. Соответственно, Шеломагин — потомок человека, так или иначе связанного с этим предметом.

Суффикс -ин указывает на модель образования от прозвища или профессии, оканчивающейся на -а/-я: Шеломага. Это могло быть прозвище воина, который славился своим шлемом, или, что вероятнее, мастерового — оружейника, который эти шлемы ковал. В русских говорах слово «шелом» могло перейти и на ремесленника: «шеломага» — тот, кто делает шеломы. В пользу этой версии говорит и сам суффикс -аг- (-яг-), который в русских фамилиях часто встречается именно в прозвищах от названий профессий или характерных предметов (ср. Борода́ — Бородагин, Кожу́х — Кожухагин). То есть Шеломагин — это «сын шеломаги», то есть шлемника.

Менее вероятно, но не исключено, что прозвище Шеломага дали человеку за привычку не снимать шлем или за крупную, круглую голову, напоминающую шлем. Ономастический словарь Веселовского фиксирует фамилию Шеломов и прозвище Шелом, что подтверждает активность этого корня в русском именослове. Вариант с -аг- — более редкая, локальная форма, характерная для северных и центральных русских говоров.

Таким образом, основная версия — профессиональная. Предок носителя фамилии был оружейником-шлемником, либо, реже, дружинником, которого прозвали по его доспеху. Географически фамилия встречается нечасто, что типично для редких профессиональных прозвищ, не ставших массовыми.