Фамилия Шпирмилелиренко — настолько редкий случай в русской ономастике, что её происхождение приходится реконструировать почти с нуля. Если бы мы искали в ней славянский корень, то не нашли бы ничего, кроме украинского суффикса -енко, который указывает на потомка («чей-то сын»). Всё остальное — звуковой комплекс, который не складывается из привычных для восточных славян основ.

Скорее всего, перед нами фамилия искусственного или иноязычного происхождения, адаптированная под украинскую модель. Первая часть — «Шпирмилелир» — может быть искажённой немецкой или еврейской (идиш) фамилией. В немецком есть фамилия Spiermüller (шпирмюллер — «мельник с копьём» или «копейщик»), а также Spier — как вариант Speer («копьё»). Если к этому добавить уменьшительное -lein (Spierlein — «маленькое копьё»), то в устной передаче через польское или украинское посредничество «Spierlein» могло превратиться в «Шпирмилель». Другая версия: основа восходит к фамилии типа Шпирман (Spielmann — «музыкант, скоморох») или Шпирлинг, с последующим наращением -енко.

Третья, менее вероятная гипотеза — что фамилия сложена из двух корней: «шпир» (от немецкого spür — «след, чутьё») и «милели» (от Mühle — «мельница»). Тогда Шпирмилелиренко мог означать «сын того, кто следит за мельницей». Но это уже додумывание.

Географически фамилия могла возникнуть в западных губерниях Российской империи (Волынь, Подолье, Киевщина), где исторически селились немецкие колонисты и еврейские общины. При переходе в православие или при записи в ревизские сказки их фамилии нередко русифицировали, добавляя -енко. Носители такой фамилии, скорее всего, происходили из среды ремесленников или мелких арендаторов, а не из дворянства.

Поскольку фамилия уникальна, её обладатели, вероятно, связаны родством между собой, хотя документальных подтверждений этому в открытых источниках нет. Встретить Шпирмилелиренко сегодня можно лишь у единичных семей в Украине или в диаспоре.