Фамилия Сулеменов образована по самой распространённой в русском языке модели — с помощью патронимического суффикса -ов, который указывает на принадлежность к роду: «чей?» — Сулеменов, то есть сын или потомок Сулемена. Основа фамилии — личное мужское имя Сулемен, которое является русской бытовой формой тюркского имени Сулейман. Это имя, в свою очередь, восходит к библейскому Соломону (древнееврейское Шеломо — «мирный», «благополучный»). В русской среде имя Сулейман часто адаптировалось в просторечные варианты: Сулеман, Сулемен, отсюда и фамилия.

Время появления фамилии — не ранее XVII века, когда у русских крестьян и посадских людей начали массово закрепляться наследственные фамилии. Однако её редкая основа говорит о том, что носитель имени Сулемен был, скорее всего, выходцем из татарской, башкирской или другой тюркской среды, принявшим православие. В крестьянской среде Поволжья и Приуралья такие имена не были редкостью: местные народы часто брали русские фамилии, образованные от своих дохристианских или мусульманских имён.

Географически фамилия Сулеменов тяготеет к регионам с сильным татарским и башкирским влиянием — Оренбургской, Самарской, Челябинской областям, а также к Башкортостану. В дореволюционных переписях и метрических книгах она встречается в сёлах, где жили крещёные татары (кряшены) и русские переселенцы, смешавшиеся с местным населением.

Словообразовательный суффикс -ов здесь стандартен, но сам корень «Сулемен» уникален: это не книжная форма имени (как, например, Саломонов), а именно народная, разговорная, закрепившаяся в быту. Такой вариант мог возникнуть из-за редукции гласных в живой речи: Сулейман > Сулеман > Сулемен. Фамилия Сулеменов — редкий пример того, как библейское имя через тюркское посредничество и русскую фонетику превратилось в прозвание целого рода.