Фамилия Омелькова — женская форма от Омельков, и её разумнее рассматривать в паре с мужским вариантом. В основе лежит имя Омелька — обиходная форма крестильного имени Емельян (от греческого «аймилиос» — ласковый, приветливый). Такая замена начального «Е» на «О» в народной речи типична для южнорусских и украинских говоров: Емельян превращался в Омельяна, отсюда и Омелька, а затем Омельков.

Суффикс -ов указывает на типичную модель русских фамилий, означавшую «сын Омельки» или «принадлежащий Омельке». Это патроним, который закрепился за потомками человека с таким именем-прозвищем. Встречаются и однокоренные фамилии: Омельченко, Омельянов, Омельчук — все они восходят к тому же источнику, но различаются по региональным суффиксам.

Интересная деталь: в некоторых говорах «омелькой» могли прозвать не только человека по имени, но и по характеру — ласкового, уступчивого, «мягкого», что перекликается с исходным значением греческого имени. Однако основная версия остаётся именной: предки Омельковых — люди, чей отец или дед носил простонародное имя Омелька.

Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины, где форма «Омелька» была особенно распространена. В документах XVII–XVIII веков можно встретить записи крестьян и казаков с таким именем, но массово фамилия закрепилась уже после отмены крепостного права, когда бывшим крестьянам давали фамилии по имени отца.