Фамилия Омельшин — один из тех случаев, когда в основе лежит не имя, а прозвище, и при этом с довольно редким суффиксом. Если сразу искать в ней «Омельку» (уменьшительное от Емельян), то логика понятна, но неполна. Большинство фамилий на -ин образованы от основ на -а/-я (Омелька → Омелькин), а здесь — шипящий на конце. Значит, исходная форма — не Омелька, а Омельша.

Омельша — это, скорее всего, некалендарное прозвище, которое могли дать человеку с какой-то характерной чертой. В русских говорах слово «омель» или «омельша» фиксируется в значении «обманщик, плут» (от «омелять» — обманывать, морочить). Вторая версия — связь с растением «омела»: так могли прозвать высокого, худого человека или того, кто промышлял сбором омелы (её использовали в народной медицине и для клея). Третья, более прозаичная — искажение имени Емельян через форму Омельша, но тогда суффикс -ин дал бы Омельшин, а не Омелькин, что указывает на то, что прозвище было самостоятельным, а не просто производным от имени.

Географически фамилия Омельшин встречается крайне локально. Основной ареал — Рязанская область и прилегающие районы средней полосы России. В XIX веке носители фамилии числились преимущественно в крестьянской среде, что подтверждается ревизскими сказками Рязанской губернии. Никаких дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Словообразовательная модель проста: прозвище Омельша (основа на -ш-) + притяжательный суффикс -ин, который в русском языке закрепился как фамильный. Интересно, что параллельные варианты — Омельшин и Омельков — встречаются реже, и все они восходят к одному корню, но с разными суффиксами. Омельшин — самый старый и редкий из этой группы.