Фамилия Шемцов образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища или имени через суффикс принадлежности -ов. Суффикс -ц- в основе (Шемец → Шемцов) указывает, что исходное прозвище имело форму Шемец. Такой вариант типичен для северных и центральных говоров, где суффикс -ец часто добавляли к характеристике человека.

Корень шем- вызывает споры. Самая вероятная версия — связь с диалектным словом «шем» или «шемя»: в северных и сибирских говорах так называли скупость, скаредность, а «шемой» — скрягу. Сравните с фамилией Шемякин из той же гнездовой группы. Прозвище Шемец мог получить человек прижимистый, расчётливый. Второй вариант — отчество от уменьшительной формы крестильного имени Семён (Шем, Шема), но эта версия слабее: для Семёна типичны другие производные (Семин, Семенов, Сёмкин), а Шемец больше похож на прозвищное имя.

По географии фамилия Шемцов встречается в основном в центральных и северных областях России: в Вологодской, Архангельской, Костромской областях, а также на Урале. В писцовых книгах XVI–XVII веков можно найти упоминания крестьян и посадских людей с этой фамилией, что указывает на её давнее бытование в непривилегированных сословиях. Дворянских родов Шемцовых в «Бархатной книге» и «Общем гербовнике» нет — фамилия осталась народной.

Редкость фамилии в том, что она сохранила архаичную форму прозвища с суффиксом -ец, который в фамилиях на -ов встречается реже, чем более привычные -ин или -ев. Это делает Шемцова интересным примером того, как прозвище, данное за черту характера, закрепилось в официальном именовании и дошло до наших дней почти без изменений.