Фамилия Шулеметьева — редкий случай, когда разбор начинается не с корня, а с суффикса. Окончание -ева указывает на женскую форму, а мужской вариант — Шулеметьев. Модель образования классическая: основа прозвища или имени плюс притяжательный суффикс -ев, принадлежащий к «великорусской» группе фамилий (по Унбегауну). Но сама основа — шулемет — выбивается из привычного ряда.

Корень «шулемет» — тёмный. Самая вероятная версия связывает его с тюркским словом «шулемет» или близким ему «шул» — в некоторых тюркских языках так называли смутьяна, буяна, человека с неспокойным нравом. Слово могло попасть в русские говоры через татарское или башкирское посредничество, особенно в Поволжье и Приуралье. В таком случае предок получил прозвище Шулемет за вздорный характер или склонность к ссорам. Прозвища с негативной окраской в XVI–XVII веках были обычным делом — они не обязательно клеймили человека, а скорее служили узнаваемым ярлыком.

Менее убедительная гипотеза — связь с диалектным глаголом «шулемить» (говорить невнятно, бормотать). Но этот глагол почти не зафиксирован в словарях русских говоров, поэтому полагаться на него рискованно. Версия с тюркским корнем крепче хотя бы потому, что модель «тюркское прозвище + русский суффикс» типична для южнорусских и волжских областей.

География фамилии узкая. Шулеметьевы встречаются в основном в Челябинской области и Башкортостане. Это косвенно подтверждает тюркскую версию: регион исторического соседства русского и тюркского населения. Сословно носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или однодворцами — в дворянские родословные книги Шулеметьевы не попали.

Отдельного внимания заслуживает написание. В старых метриках и ревизских сказках XIX века фамилию могли записывать через «о» — Шулеметов, что указывает на акающее произношение (в говорах безударное «о» после «ш» переходило в «а»). Со временем написание закрепилось с «е» во втором слоге, но колебания в документах встречались вплоть до начала XX века.