Фамилия Шемахин — это пример того, как географическое название становится родовым прозвищем. В её основе лежит топоним Шемаха — древний город на территории современного Азербайджана, бывшая столица Ширванского ханства. В XVI–XIX веках Шемаха была важным торговым центром на Кавказе, хорошо известным в России. Человек, приехавший оттуда или торговавший с теми краями, мог получить прозвище Шемаха, а его потомки стали Шемахиными.

Суффикс -ин указывает на принадлежность, типичную для русских фамилий, образованных от основ на -а, -я. То есть Шемахин буквально означает «сын Шемахи» или «человек из рода Шемахи». Модель образования простая и распространённая: прозвище + притяжательный суффикс. Важно не путать эту фамилию с похожими по звучанию, например, Шеманов (от имени Шеман) или Шемякин (от прозвища Шемяка) — у них совсем другая этимология.

Версия о происхождении от тюркского имени или прозвища Шемаха (возможно, от слова «шем» — свеча, светильник) менее убедительна. В ономастических источниках, таких как работы Б. Унбегауна и В. Никонова, топонимические фамилии, особенно связанные с известными восточными городами, фиксируются как вполне обычное явление для купеческих и служилых слоёв. Редкий случай, когда фамилия почти не имеет вариантов написания — Шемахин и есть единственная нормативная форма, без двойных согласных и чередований.

Сословно Шемахины могли быть купцами, которые вели дела с Кавказом, или служилыми людьми, побывавшими в тех краях в ходе русско-персидских войн и дипломатических миссий. Встречается фамилия в центральных губерниях России, в Поволжье и на Урале — там, куда доходили торговые пути с юга. Дворянских родов Шемахиных в «Бархатной книге» и «Общем гербовнике» нет, что подтверждает её происхождение из непривилегированных сословий.