Фамилия Штельмухова — редкий случай, когда в основе лежит не русское, а немецкое слово, переработанное славянским суффиксом. В разговорной речи её могли произносить и как «Штельму́хова», и как «Штельмухо́ва» — ударение плавает, но исторически правильнее считать его падающим на второй слог, на «у».

Корень фамилии — немецкое «Stellmacher» (штельмахер), что означает «колёсный мастер» или «тележник». В дореволюционной России этим словом называли ремесленников, которые делали колёса, телеги, сани и деревянные части экипажей. На слух немецкое Stellmacher русские переделали в «штельмах» или «штельмух» — так появилась основа. Суффикс «-ов» (в женском роде «-ова») указывает на принадлежность: буквально «сын Штельмуха» или «дочь Штельмуха». То есть первый носитель фамилии, скорее всего, был сыном человека, которого в округе знали по прозвищу Штельмух — либо по профессии, либо по фамилии отца-немца.

Интересно, что фамилия Штельмухова почти не встречается в центральных губерниях России. Её география — юг и юго-восток: Ростовская область, Краснодарский край, Ставрополье. Это объяснимо: в XVIII–XIX веках немецкие колонисты селились в Поволжье и на южных землях, а их русские соседи или потомки нередко перенимали профессию и фамилию. В отличие от фамилий на «-их» (Штельмухих), которые типичны для севера, форма на «-ов» — общерусская, и она закрепилась именно в казачьих и крестьянских областях.

Мужской вариант — Штельмухов — тоже существует, но встречается ещё реже. В целом фамилия Штельмухова остаётся малочисленной: по открытым данным, в России её носят не более нескольких сотен человек. Никакой связи с дворянством или купечеством у неё нет — это стопроцентно ремесленная, рабочая фамилия, возникшая в среде, где немецкое слово «Stellmacher» стало бытовым прозвищем, а потом — родовым именем.