Фамилия Штемпелева — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не ремесло, а предмет, попавший в русский язык через немецкий. Исходное слово — «штемпель» (от нем. Stempel — печать, клеймо, штамп). В России XVIII–XIX веков штемпелем называли не только почтовую печать, но и клеймо на монетах, изделиях, документах. Соответственно, прозвище Штемпель мог получить человек, имевший дело с такими инструментами: почтовый служащий, мастер монетного двора, чиновник, ставивший печати, или даже фальшивомонетчик, если прозвище дали с иронией.

Фамилия образована по продуктивной модели: к основе Штемпель добавили суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Форма Штемпелева — женский вариант, но в русской традиции фамилии с суффиксом -ев/-ов склоняются: Штемпелев (мужской) и Штемпелева (женский). Ударение, скорее всего, падает на первый слог: Штéмпелева, что характерно для слов немецкого происхождения в русском языке.

География фамилии узкая. В документах XIX века Штемпелевы встречаются преимущественно в центральных губерниях России, где были почтовые станции и казённые учреждения — в Московской, Тверской, Владимирской. Это косвенно подтверждает связь с чиновничьей или почтовой средой. Дворянского происхождения у фамилии, скорее всего, нет: носители чаще принадлежали к мещанству или купечеству, реже — к духовенству (где печать тоже была рабочим инструментом).

Интересная деталь: в отличие от фамилий, образованных от профессий (Кузнецов, Плотников), Штемпелев прямо указывает на конкретный предмет, а не на действие. Это сближает её с фамилиями вроде Перов (от «перо») или Ножов (от «нож»). Встречается и вариант Штемпель — без суффикса, как «застывшее» прозвище, но Штемпелева — более поздняя, «притяжательная» форма, означавшая «дочь (или жена) Штемпеля».