Фамилия Зембильготов — редкая и сложная для однозначного толкования. Её основа «Зембильгот» явно не славянского происхождения, и сама структура (длинная, с нехарактерным для русского языка сочетанием звуков) указывает на то, что перед нами обрусевшая форма иноязычной фамилии. Скорее всего, это отономастическое образование: русский суффикс -ов присоединили к готовой фамилии предка, чтобы передать её по наследству в форме притяжательного прилагательного («чей?» — Зембильготов, то есть сын Зембильгота).

Наиболее вероятная версия связывает «Зембильгот» с немецким или голландским антропонимом. В немецком языке существует фамилия Sembill или Semboldt, а также сложные имена с компонентом -got (от Gott — «Бог»). Если взять за основу фамилию Sembold или Sembolt, то при русском произношении и адаптации она могла превратиться в «Зембильгот». Вторая часть — «гот» — могла быть как искажением «-готт» (Бог), так и прямым указанием на этноним «гот» (германское племя), что в средневековой Европе иногда давали как прозвище человеку с севера.

Менее правдоподобна, но возможна версия о тюркском корне. В некоторых тюркских языках есть корни «зембиль» (корзина) и «гот» (слепой, или же как часть составного имени). Однако такая комбинация нехарактерна для традиционных тюркских именников, и фамилия не получила распространения на Кавказе или в Поволжье, где тюркские фамилии обычны.

Географически фамилия Зембильготов встречается исключительно редко и локализована, по данным открытых источников, в основном на юге России и в Западной Сибири. Это типичная зона расселения поволжских немцев, которых массово переселяли в XVIII–XIX веках. Выходцы из немецких колоний, получая паспорта в Российской империи, часто русифицировали свои фамилии, добавляя окончания -ов, -ев, -ин. Таким образом, носитель фамилии Зембильготов почти наверняка имеет немецкие корни, а сама фамилия — результат канцелярской записи и адаптации немецкой фамилии в русской среде.

Однокоренные аналоги (Зембиль, Зембильгов) в России отсутствуют, что подтверждает единичность и уникальность этого варианта. Фамилия не упоминается в классических ономастических словарях Б. Унбегауна или В. Никонова — она слишком редка для них, но её разбор по модели образования (иноязычная основа + -ов) полностью соответствует правилам формирования русских фамилий у национальных меньшинств.