Фамилия Недельчо — редкий случай в русском ономастиконе. Её основа не славянская, а болгарская, и это сразу отличает её от подавляющего большинства русских фамилий на -ов, -ин или -ский. В России фамилия практически не встречается, её родина — Болгария, где она бытует в форме Неделчо.

Корень фамилии — болгарское личное имя Неделчо, которое, в свою очередь, образовано от слова «неделя» (воскресенье). В традиционной болгарской антропонимике так называли ребёнка, родившегося в воскресенье — день, который в православной среде считался праздничным и благодатным. Суффикс -чо типичен для болгарских уменьшительно-ласкательных имён (сравните: Ганчо, Иванчо, Стойчо). Таким образом, Неделчо — это «воскресный», «рождённый в воскресенье».

С точки зрения словообразования, фамилия Недельчо не имеет классического русского фамильного суффикса. Она представляет собой застывшую форму имени, перешедшую в фамилию без изменений — так называемая «усечённая» модель, характерная для болгарских фамилий. В русском контексте она воспринимается как несклоняемая, на что указывает окончание -о.

Социально фамилия не несёт сословной окраски. В Болгарии её носителями могли быть крестьяне, ремесленники или горожане — имя было распространённым среди простого народа. В Россию фамилия могла попасть с болгарскими переселенцами, особенно в XIX–XX веках, когда болгары селились в Бессарабии, на юге Украины и в Приазовье. Встречаются варианты написания: Неделчо, Недельчев, Недельчевич (в сербской традиции), но исходная форма — именно Недельчо.

Однокоренные русские фамилии (Неделин, Недельский) имеют другую природу: они образованы от прозвища «Неделя» (человек, не работавший в воскресенье, или родившийся в этот день), но суффиксация иная. Недельчо стоит особняком — это прямой привозной антропоним, сохранивший болгарскую огласовку.