Фамилия Штельмахов звучит непривычно для русского уха, но её происхождение прозрачно, если знать, что это вариант фамилии Штельмах. Основа — немецкое слово Stellmacher, которое переводится как «каретных дел мастер» или «колёсник», то есть ремесленник, изготавливающий колёса и телеги. В немецком языке это сложное слово: Stelle (место, остов) и Macher (делатель). В русской среде, особенно на юге и западе империи, где жили немецкие колонисты, фамилия обрусела: Stellmacher превратился в Штельмаха, а затем к ней добавили типичный русский патронимический суффикс -ов, получив «Штельмахов» — буквально «сын Штельмаха».

Интересно, что фамилия Штельмахов встречается реже, чем исходная Штельмах, и указывает на более позднюю русификацию. Носители, скорее всего, происходят из семей немецких мастеров, приглашённых в Россию при Екатерине II, или из среды ремесленников, переселившихся в города. Суффикс -ов здесь играет роль не указания на профессию, а притяжательного признака: «чей? — Штельмахов». Это отличает фамилию от, например, Кузнецов, где основа сразу обозначает ремесло.

В ономастике есть и другая версия: Штельмахов мог возникнуть от прозвища Штельмах, данного не немцу, а русскому мастеру, работавшему с немецкими инструментами или перенявшему ремесло. Но это менее вероятно, поскольку фамилия практически не встречается в центральных губерниях России, а её география привязана к местам компактного проживания немцев — Поволжью, Причерноморью, Сибири. В дореволюционных метрических книгах Штельмаховых часто записывали как «колонистов» или «мещан», что подтверждает ремесленно-крестьянские корни.

Словообразовательная модель здесь двойная: немецкая основа + русский суффикс. Такие фамилии — Шмидтов, Фогельманов — в XIX веке стали маркером ассимиляции: дети и внуки переселенцев меняли окончания, чтобы фамилия звучала привычно для русскоязычного окружения. Штельмахов — яркий пример этого процесса, где в одной фамилии соединились профессиональное прозвище и славянский патроним.