Фамилия Шембаков — редкая и непрозрачная на первый взгляд. Её основа, «шембак», не встречается ни в старых русских документах, ни в современных говорах в качестве нарицательного слова. Это прямой признак того, что перед нами фамилия, скорее всего, не славянского, а тюркского происхождения, адаптированная русским суффиксом -ов.

Корень «шембак» (или «шембек») восходит к тюркским языкам. Самая вероятная версия — от имени или прозвища Шембак, которое, в свою очередь, могло быть вариантом имени Шамбай или Шамбек. В тюркской ономастике компонент «шам» (от арабского «шамс» — солнце) или «шем» (свет, свеча) встречается в личных именах. Вторая часть, «-бак/бек», — это титул «бек» (князь, господин), характерный для тюркских народов. Таким образом, «Шембак» могло означать «сияющий князь» или «светлый господин» — составное имя, которым нарекали ребёнка в знатных или зажиточных семьях.

В русской среде фамилия появилась, скорее всего, через межэтнические контакты: через служилых татар, выходцев из Казанского или Астраханского ханства, или через народы Северного Кавказа, где подобные имена встречаются у ногайцев, кумыков и балкарцев. Суффикс -ов — стандартный русский патронимический формант, он превратил тюркское имя в фамилию по модели «чей?» — «сын Шембака».

Географически Шембаковы тяготеют к Поволжью и Приуралью, что подтверждается данными современных телефонных справочников и списков переселенцев XIX века. В некоторых архивных записях фамилию могли записывать через «а»: Шамбаков. Это не ошибка, а отражение реального произношения в тюркских языках, где гласные в первом слоге нестабильны.

Социальный статус первых носителей был, вероятно, невысоким: в XVIII–XIX веках тюркские имена в русских документах чаще всего фиксировали за государственными крестьянами, ясачными людьми или отставными солдатами из «инородцев». Дворянских родов с такой фамилией в «Бархатной книге» или «Гербовнике» не значится.