Фамилия Вельбель — редкий случай, когда исходное прозвище почти наверняка было связано с профессией или ремеслом, а не с личным именем или внешностью. В её основе лежит немецкое слово «Welle» (волна) или «wellen» (волнить, гофрировать). В южнонемецких диалектах «Wellbel» или «Wölbel» могло обозначать мастера, который наносил волнистый узор на ткань или металл — своего рода рифлёльщика или гофрировщика. Такая специальность была востребована в ремесленных цехах средневековой Европы, особенно в городах вдоль торговых путей.

Модель образования фамилии — без суффикса, так называемая «чистая основа». Это характерно для немецких фамилий, которые закрепились за прозвищем ремесленника без добавления русских патронимических окончаний (-ов, -ин). В отличие от большинства русских фамилий, Вельбель не склоняется по падежам в мужском роде, что выдаёт её нерусское происхождение. В Россию она могла попасть с переселенцами-немцами в XVIII–XIX веках, когда Екатерина II приглашала колонистов осваивать Поволжье и южные губернии.

Встречается два варианта произношения и написания: через «е» (Вельбель) и через «ё» (Вёльбель). Второй вариант ближе к оригинальному немецкому звучанию, где «ö» передаёт тот же звук, что и русское «ё». Однако в официальных документах Российской империи чаще фиксировали написание через «е» из-за особенностей передачи немецких гласных в метрических книгах.

С точки зрения социального контекста, носители фамилии Вельбель в дореволюционной России относились к мещанскому или крестьянскому сословию, реже — к купеческому. Мастерство гофрирования и тиснения не относилось к элитарным ремёслам, но требовало квалификации, поэтому предки, скорее всего, были городскими ремесленниками или колонистами, работавшими на мануфактурах. Фамилия остаётся редкой и сегодня — по разным данным, в России её носят не более нескольких сотен человек, в основном в Волгоградской, Саратовской областях и в Москве.