Фамилия Шемагина — женская форма, а её мужской вариант Шемагин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Шемага. Слово «шемага» в русских говорах многозначно, и чтобы понять, какое значение дало фамилию, нужно заглянуть в диалектную лексику.

Самая вероятная версия связана с глаголом «шемать» — в северных и сибирских говорах это значит «шарить, искать ощупью», а также «говорить невнятно, бормотать». Соответственно, Шемагой могли прозвать неловкого, рассеянного человека или того, у кого была нечёткая речь. В ономастике этот корень встречается нечасто, что делает фамилию относительно редкой по сравнению, скажем, с Шемякиным или Шемшуриным, где основа — тюркские заимствования.

Есть и другая, менее очевидная версия: в некоторых южнорусских говорах «шемага» — это вид мелкой рыбы, вроде уклейки. Тогда прозвище могло закрепиться за рыбаком или за человеком маленького роста и юркого нрава. Но эта гипотеза слабее, так как ареал слова узок, а фамилия Шемагины встречается преимущественно в центральных и северных областях России.

Формант -ин указывает на принадлежность: Шемагин буквально означает «сын Шемаги». Такая модель типична для прозвищ и нецерковных имён в XVI–XVII веках, когда фамилии только складывались у крестьян и посадских людей. Судя по всему, предок носителя фамилии был человеком с заметной особенностью — либо неспешным и неловким, либо неразборчиво говорящим, и это прозвище передалось потомкам.

В документах фамилия фиксируется с XVIII века, например, в переписных книгах Вятской губернии, где упоминаются крестьяне Шемагины. Сословно — это почти всегда крестьянская среда, без дворянских корней. Сегодня фамилия встречается в Пермском крае, Кировской области и Удмуртии, что подтверждает её северно-русское происхождение.