Фамилия Хмелевцова — женская форма фамилии Хмелевцов, и её разбор стоит начать с редкого суффикса. Если большинство русских фамилий образовано суффиксами -ов/-ев или -ин, то здесь мы видим сочетание -овц-ов. Это указывает на то, что основа фамилии — не прямое прозвище, а производное слово, которое уже имело суффикс -ец. В таком случае фамилия Хмелевцов буквально означает «сын Хмелевца» или «потомок человека по прозвищу Хмелевец». Само прозвище Хмелевец, скорее всего, восходит к названию растения хмель. В русских говорах «хмелевцем» могли называть либо человека, занимавшегося сбором или выращиванием хмеля, либо, по более живой версии, горького пьяницу — того, кто «хмельной». Прозвища от названий растений давали часто: по сходству характера или внешности. Так что предок Хмелевцовых мог быть либо крестьянином, промышлявшим хмелем (важное сырьё для пивоварения и кваса), либо человеком с тяжелым, «горьким» нравом.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и западнорусским областям, где слово «хмель» и его производные были особенно употребительны. Встречается она и на Украине, в форме Хмелевець, откуда могла прийти в великорусскую среду через переселенцев или служилых людей. Суффикс -овцов типичен для фамилий, образованных от форм на -ец, и встречается реже, чем простой -ов: например, Бобровцов, Коптевцов. Это делает фамилию Хмелевцова более маркированной, чем, скажем, Хмелёв или Хмельницкий. В документах XVII–XVIII веков могли фиксировать и вариант Хмелевский, но форма с -овцов закрепилась именно в крестьянской и мещанской среде, где патронимическая модель (сын такого-то) была нормой. Таким образом, фамилия Хмелевцова — не дворянская и не книжная, а бытовая, прозвищная, с прозрачной, но не единственной этимологией.