Фамилия Шемахова — женская форма фамилии Шемахов, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Шемах. Самая вероятная версия связывает основу с тюркским словом «шамах» или «шемах», которое в ряде диалектов означало «свеча», «светильник» или «факел». В этом случае прозвище мог получить человек, имевший отношение к изготовлению или продаже свечей, либо обладатель яркой, «горящей» внешности или характера.

Реже фамилию выводят от географического названия — города Шемаха в Азербайджане (историческая столица Ширвана). Если предок был выходцем оттуда, его могли прозвать «шемаха» или «шемахинский», а в русской записи это превратилось в Шемах. Однако для фамилий на -ов/-ев, образованных от названий городов, более типичны суффиксы -ский/-цкий (Шемахинский), поэтому версия с прозвищем по ремеслу выглядит убедительнее.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: Шемахов — сын Шемаха. Такая модель образования была типична для крестьянских и посадских фамилий центральной России с XVI–XVII веков. Географически фамилия Шемаховы встречается в Поволжье, особенно в Самарской и Саратовской областях, а также на Урале — в регионах активных торговых и переселенческих путей, где тюркские заимствования в прозвищах были обычным делом.

В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) прямого разбора «Шемахов» нет, но модель «тюркское прозвище + -ов» описана как одна из распространённых. Поскольку фамилия редкая, её носители, скорее всего, происходят из одного родового гнезда, а не из множества независимых источников.