Фамилия Вельбие — редкий пример, когда написание расходится с более привычным вариантом «Вельбой». Судя по всему, перед нами один из тех случаев, когда фамилию записывали на слух, а буква «е» на конце могла появиться под влиянием украинской или белорусской традиции оформления фамилий (ср. -ий, -ей). Основа же у обеих форм общая, и связана она с морем.

Скорее всего, в основе лежит искажённое слово «вельбот» — небольшое одномачтовое судно, которое использовали для прибрежного плавания, разведки или спасения. Такие лодки были известны в русском флоте с петровских времён, и прозвище Вельбот или Вельбой мог получить моряк, служивший именно на таком судне. Второй вариант, более драматичный, разбивает слово на части: «вель» (отсек в трюме у грот-мачты, куда стекала вода) и «бой». Тогда Вельбой — человек, переживший кораблекрушение или участвовавший в морском сражении, где вода заливала трюм.

Оба объяснения указывают на одну среду: носитель фамилии — потомок человека, чья жизнь была связана с морем, флотом или судостроением. Учитывая, что фамилия не получила широкого распространения, её стоит отнести к редким «говорящим» прозвищам, которые фиксировали не профессию целиком, а конкретный предмет или случай из биографии. Точное время возникновения установить сложно, но по модели образования (основа + окончание) она могла сложиться не позднее XVIII века, когда окончательно оформились русские фамилии у непривилегированных сословий.