Фамилия Шембакова — женская форма фамилии Шембаков, и её стоит разбирать в мужском варианте, поскольку именно он указывает на происхождение. В основе фамилии лежит прозвище или неканоническое имя Шембак. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования: «чей?» — «Шембаков», то есть сын или потомок Шембака.

Корень слова тёмный и неочевидный для носителя русского языка. Вероятнее всего, он тюркского происхождения. В тюркских языках есть основа «шем» или «шам» (свеча, светильник, а в переносном смысле — светлый, ясный) и уменьшительный аффикс -бак/-бек. Тогда Шембак можно перевести как «маленький светоч» или «светлый князёк» (если -бак восходит к «бек» — господин, правитель). Такие имена-пожелания были распространены в татарской, башкирской, чувашской среде: ребёнку желали быть видным, заметным, знатным.

Менее вероятна, но возможна версия от русского диалектного слова «шембать» или «шамбать» — в некоторых говорах так называли небрежно идущего человека или того, кто шаркает ногами. Однако эта гипотеза слабая: диалект узкий, и фамилий с таким корнем почти нет, тогда как тюркский след прослеживается чётче.

Фамилия Шембаков встречается в Поволжье, особенно в Татарстане, Башкортостане и соседних областях, что подтверждает связь с тюркскими народами. Встречаются также варианты Шамбаков, Шембеков — они родственны и образованы от тех же корней с чередованием гласных.

Сословно предки Шембаковых могли быть как крестьянами, так и служилыми людьми (например, толмачами или казаками), если фамилия возникла в среде татарской знати, перешедшей на русскую службу. Но точных данных о едином родоначальнике нет — фамилия могла возникнуть в нескольких родах независимо.