Фамилия Шемпелева — женская форма фамилии Шемпелев, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или именем основателя рода. В основе лежит слово «шемпель». В русских говорах, особенно на юге и западе, так могли называть человека с необычной походкой — прихрамывающего, идущего вразвалку, или того, кто шаркает ногами. Глагол «шемпелять» (или «шампать») означал ходить неловко, с трудом, приволакивая ногу. Таким образом, первый носитель прозвища Шемпель получил его, скорее всего, за характерную походку.

Суффикс -ев указывает на притяжательный способ образования: Шемпелев — буквально «сын Шемпеля», «из рода Шемпеля». Это типичная русская модель фамилий, в основе которой лежит не крестильное имя, а уличное прозвище. Фамилия могла закрепиться за потомками какого-либо крестьянина или ремесленника, которого в деревне знали именно по этой отличительной черте — особой походке или манере движения.

Слово «шемпель» встречается в псковских и тверских говорах, что даёт основание предположить, что географический центр возникновения фамилии находится на северо-западе России. Интересно, что в некоторых диалектах «шемпель» могло означать и «шаркун», «небрежно одетый человек», что расширяет возможные трактовки прозвища: не только хромота, но и общая неопрятность или развязность.

В написании фамилии возможна вариативность: Шемпелев и Шемпелёв (с буквой ё). Ударение в большинстве случаев падает на первый слог: Ше́мпелев. Фамилия довольно редкая, не входит в число распространённых дворянских родов и, скорее всего, имеет крестьянские или мещанские корни. Среди однокоренных можно назвать фамилию Шемпель, а также более редкие Шемпеляев и Шемпельков, образованные от той же основы.