Фамилия Штельмаченко — украинская по форме и, скорее всего, немецкая по корню. Её выдает суффикс -енко, типичный для центральной и левобережной Украины: в XVII–XVIII веках так образовывали фамилии от прозвищ отца, указывая на сына или потомка. Буквально Штельмаченко — «сын Штельмака».

Основа фамилии — слово «штельмах» или «стельмах». В украинском языке «стельмах» — это столяр, плотник, который делает колеса, возы, сани. Слово пришло из немецкого Stellmacher — «тележный мастер», «колесник». Немецкие ремесленники-колонисты, которых приглашали в Российскую империю при Екатерине II, оседали и на украинских землях. Их прозвища по профессии легко приживались в местной среде: мастеров называли штельмахами, а их детей — Штельмаченко.

То есть первый носитель фамилии, скорее всего, был сыном человека по прозвищу Штельмах — либо приезжего немецкого колесника, либо местного мастера, которого так прозвали за ремесло. В пользу украинского бытования говорит и адаптация звучания: начальное «ш» вместо немецкого St- — типичная фонетическая замена, когда заимствованное слово подстраивается под славянское произношение.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также среди потомков переселенцев на Кубани и в южных регионах России. Вариант написания с «ё» (Штельмаченко) не меняет смысла — это следствие русской орфографической передачи украинской фамилии.

Таким образом, Штельмаченко — фамилия-профессия, указывающая на ремесленную династию. Она не связана с дворянством или казачьей старшиной, а отражает скорее среду городских или сельских мастеровых людей, которые передавали свое дело от отца к сыну.