Фамилия Шемолина — женская форма, но в разговоре о происхождении мы обычно отталкиваемся от мужского варианта Шемолин. Она образована с помощью типичного русского патронимического суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Шемолин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Шемола.

Самая вероятная основа — прозвище или мирское имя Шемола. В русских говорах слово «шемола» имеет несколько значений, и все они связаны с характером или поведением. В словаре Владимира Даля «шемола» — это вялый, медлительный человек, «размазня», тот, кто всё делает неспешно и неохотно. В других диалектах так могли назвать неповоротливого, мешковатого человека. Прозвища по чертам характера давали часто и охотно, поэтому версия с «медлительным» предком — самая прямая и правдоподобная.

Менее распространённое, но возможное объяснение — связь с диалектным глаголом «шемолить», то есть «шамкать, говорить невнятно, сюсюкать» или «есть без аппетита, ковыряться в еде». В этом случае Шемолой могли прозвать неразборчивого в речи человека или привередливого едока. Оба значения — про манеру поведения, а не про внешность.

Встречается и версия, что в основе лежит тюркское или финно-угорское имя, но она слабая: никаких следов такого имени в источниках нет, а фамилия явно славянская по модели образования. Суффикс -ин характерен для центральных и северных областей России, в отличие от южных -ов/-ев. Это наводит на мысль, что Шемолины могли происходить из районов бывшего Новгородского края, Вологодчины или Архангельской губернии, где такие прозвища и фамилии на -ин особенно распространены.

Фамилия редкая, в списках массовых не числится. Её носители — потомки человека, получившего когда-то меткое бытовое прозвище: либо медлительного, либо невнятно говорящего, либо капризного в еде. Какого именно — теперь не скажешь, но ясно, что прозвище было живым, из народной речи, а не книжным.