Фамилия Пометелина — женская форма, образованная через суффикс -а, мужской вариант — Пометелин. Это типичная русская фамилия с окончанием -ин, которое указывает на принадлежность: «чей?» — «Пометелин», то есть сын или потомок Пометелы.

В основе фамилии лежит прозвище Пометела. Слово «пометело» в русских говорах означало метлу, веник, а также нечто длинное, развевающееся — например, хвост животного или длинные волосы. Человек мог получить такое прозвище за неопрятность, за то, что «мотается» как метла, или за высокий рост и худобу. Встречается и другая версия: в некоторых регионах «пометелой» называли того, кто подметал, убирал — то есть человека, занятого в хозяйстве уборкой или, возможно, при церкви.

Словообразовательная модель проста: основа Пометел- (от «пометела») плюс суффикс -ин. Суффикс -ин, как и -ов, характерен для фамилий, образованных от прозвищ или имен, оканчивающихся на -а, -я. В говорах слово могло звучать и как «пометило» — с ударением на второй слог, но прозвище закрепилось как Пометела.

Географически фамилия Пометелин встречается в центральных и северных областях России, особенно в бывших Вологодской и Архангельской губерниях, где диалектное слово «пометело» было в ходу. Встречаются и однокоренные фамилии — Пометелов, Пометилов, а также более редкие Пометелкин.

Сословная принадлежность у носителей фамилии не закреплена однозначно: среди Пометелиных были и крестьяне, и мещане, и даже священнослужители (в духовных училищах прозвища давали по внешности или поведению). Однако большинство предков, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками, получившими фамилию по бытовому прозвищу.