Фамилия Штельмахова — классический пример фамилии, образованной по русской модели от немецкого корня. Основа здесь — «штельмах», искажённое немецкое Stellmacher (буквально «тот, кто делает оси для колёс», то есть колёсный мастер, каретных дел ремесленник). В русском языке это слово закрепилось как «штельмах» или «стельмах» — так называли плотников, специализировавшихся на изготовлении колёс, телег и саней. Фамилия относится к «профессиональным»: предок носителя был мастером-колёсником.

Суффикс -ов- указывает на принадлежность: Штельмахов буквально значит «сын Штельмаха» или «из семьи Штельмаха». Женская форма Штельмахова — это вариант для замужней женщины или дочери, образованный по той же модели, что и тысячи других русских фамилий (Иванов — Иванова, Кузнецов — Кузнецова). Мужской вариант — Штельмахов — встречается реже, так как в русской традиции фамилии чаще фиксировались в мужском роде, а женская форма стала распространённой в паспортной системе.

Географически фамилия Штельмахова — яркая примета регионов, куда в XVIII–XIX веках приглашали немецких колонистов: Поволжье, юг Украины, Причерноморье. Немцы-ремесленники, оседая в русских сёлах, получали прозвища по профессии, а их дети и внуки уже носили фамилию, русифицированную через суффикс. В отличие от чисто немецких фамилий на -ер (Штельмахер), форма Штельмахов — результат адаптации: русский язык «переделал» окончание, вписав фамилию в привычную модель.

В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) фамилии на -ов от немецких основ описываются как типичный случай «обрусения» иностранных прозвищ. Спорных версий здесь немного: иногда корень путают со словом «штель» (нем. Stelle — место), но это маловероятно — профессия колёсника слишком конкретна и хорошо документирована в исторических записях переселенцев. Таким образом, носительница фамилии Штельмахова может с высокой вероятностью считать своими предками немецких мастеровых, которые принесли в Россию навыки колёсного дела.