Фамилия Жемелинских — редкий случай, когда суффикс и окончание сразу выдают её географическое происхождение. Форма на -их (в родительном падеже множественного числа — -ских) типична для северных и северо-восточных областей России: Архангельской, Вологодской, Вятской, Пермской губерний. Такие фамилии закреплялись в крестьянской среде и означали принадлежность к роду: «Жемелинские» — «из дома, из семьи Жемелина». В центральных и южных регионах России тот же корень дал бы фамилию Жемелин или Жемелинов.

Основа фамилии — Жемеля (или Жемель). Это прозвище, скорее всего, связано с диалектным словом «жемела» — так в некоторых говорах называли омелу, вечнозелёный кустарник-паразит, растущий на деревьях. Человек мог получить такое прозвище за цепкость, назойливость или за то, что жил «на чужих хлебах» — как омела на дереве. Менее вероятна, но допустима связь с личным именем Емельян (в просторечии Емеля) через форму Жемеля — в русских говорах иногда заменяли начальное «Е» на «Ж» (ср.: Елена — Желена).

Суффикс -ин в основе указывает на принадлежность: Жемеля → Жемелин («сын Жемели»). А окончание -ских добавляет уже родовой, семейный оттенок, характерный для фамилий-«прозваний» целой семьи. Таким образом, первый носитель фамилии Жемелинских — это человек из рода, где отца или основателя звали Жемеля.

В отличие от более частых фамилий на -их (Жемелиных, например), форма -ских встречается реже и чаще фиксировалась в документах XIX века именно у государственных и дворцовых крестьян северных уездов. Встретить фамилию Жемелинских сегодня можно среди потомков выходцев из Вятской губернии — там и сейчас сохраняются подобные окончания. Никаких дворянских корней у неё нет: это чисто крестьянская модель именования, где главным было указать на родство, а не на сословную привилегию.