Фамилия Стелмахов — редкий случай в русской ономастике: на слух она кажется иноязычной, но по сути является чисто русской по модели образования. Основа фамилии — прозвище Стелмах, которое, скорее всего, восходит к украинскому или польскому слову «стельмах» (столяр, мастер по изготовлению деревянных частей повозок, саней, колёс). Это ремесленное прозвище было широко распространено на западе и юге Российской империи, в зоне контакта с польским и украинским населением. Русский суффикс -ов присоединился к основе, чтобы создать патронимическую форму: Стелмахов буквально значит «сын Стелмаха» или «принадлежащий роду Стелмахов».

Интересно, что в русских говорах слово «стельмах» почти не встречается — оно характерно для малороссийских и белорусских земель. Поэтому носители фамилии Стелмахов, вероятно, происходят из юго-западных губерний (Черниговская, Полтавская, Киевская) или из областей, куда переселялись украинские мастера. Сравните с однокоренными фамилиями: Стельмахов (с мягким знаком) — более частая форма, Стелмахов же может быть результатом упрощения произношения или орфографической ошибки при записи прозвища в метрических книгах.

Версия о заимствовании из немецкого Stellmacher (каретник, колёсник) тоже существует, но она менее убедительна для русской фамилии: прямое заимствование немецкой основы без адаптации через польский или украинский язык — редкость для крестьянских прозвищ. Скорее всего, предок носителя фамилии был ремесленником: делал колёса, сани или телеги, и его занятие стало родовым именем. Фамилия недворянская, без вариантов с -ский, что указывает на простое сословное происхождение — крестьянское или мещанское.