Фамилия Шмелова — женская форма фамилии Шмелов, и её происхождение прозрачнее, чем кажется на первый взгляд. В основе лежит прозвище или мирское имя Шмель. На Руси дохристианские имена, образованные от названий насекомых, зверей и птиц, были обычным делом: Жук, Комар, Сокол, Медведь. Шмель — не исключение. Такое имя могли дать ребёнку по двум причинам: либо как оберег (чтобы злые духи не позарились на «мелкого» и «незначительного» человека), либо по внешнему сходству — например, за плотное телосложение, мохнатость или низкий, гудящий голос.

Суффикс -ов указывает на стандартную русскую патронимическую модель: Шмелов — это «сын Шмеля». В бытовом обороте XVI–XVII веков прозвище Шмель могло закрепиться за конкретным человеком, а затем перейти к его потомкам как фамилия. Интересно, что в отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), форма Шмелов образована от основы на мягкий согласный, что типично для прозвищ мужского рода с нулевым окончанием.

Географически фамилия Шмелов и Шмелева (с чередованием е/ё) встречается в центральных областях России, особенно в бывших Владимирской, Ярославской и Костромской губерниях. Там, где было развито пчеловодство и бортничество, прозвище Шмель могло получить и пасечник — не только из-за внешности, но и по роду занятий: шмели, как и пчёлы, ассоциировались с медоносным промыслом. Однако прямая связь с ремеслом менее вероятна: в документах XVII века, например, в переписных книгах, фигурируют крестьяне Шмели, и их занятие чаще всего — земледелие, а не бортничество.

В словаре Б. О. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -ов от названий насекомых отнесена к разряду «прозвищных» фамилий, которые не несут сословной окраски. Шмеловы могли быть как крестьянами, так и посадскими людьми. В дворянские родословные книги эта фамилия не попала — по крайней мере, в известных справочниках она не значится. Таким образом, носительница фамилии Шмелова с высокой вероятностью ведёт род от человека, которого в XVI–XVII веках прозвали Шмелём за характерную черту — внешность, голос или, реже, занятие.