Фамилия Омельчак напрямую рассказывает, чьим потомком был её первый носитель. В её основе лежит имя Омеля — народная форма крестильного имени Емельян. Так на Украине и в Белоруссии исстари звали Емельянов, и именно эта форма, а не полное церковное имя, закрепилась в фамилии.

Смена начального звука с «е» на «о» произошла на древнерусской почве. Это типичный фонетический сдвиг: в безударной позиции гласные звучали сходно, и на письме, и в произношении «Емельян» часто превращался в «Омельян». В украинском и белорусском говорах такая «окающая» форма прижилась особенно прочно, поэтому фамилии с основой «Омел-» (Омельчук, Омельченко, Омельков) массово встречаются именно в этих регионах.

Сам корень восходит к греческому имени Емелиан, которое переводят как «льстивый». Впрочем, есть и альтернативная версия — от латинского слова со значением «соперник, участник соревнований». Для повседневной жизни предков это имело мало значения: имя давали при крещении, а в быту человека звали просто Омелей.

Словообразовательная модель фамилии — суффикс -чак, который родственен более известным украинским -чук и -чик. Все они образуют так называемые патронимы, то есть указывают на отца или главу семейства. Если разложить конструкцию: Омель- (основа имени) + -чак (суффикс принадлежности), то получаем «сын Омели», а точнее — «тот, кто из рода Омели». Со временем это указание на родство застыло и превратилось в наследственную фамилию.

Интересно, что суффикс -чак в украинской ономастике встречается реже, чем массовые -чук или -енко, поэтому фамилия Омельчак звучит более локально и самобытно, чем её распространённые аналоги. Носители фамилии встречаются преимущественно в западных и центральных областях Украины, а также в Белоруссии, что подтверждает географию бытования имени-основы.