Фамилия Вельбоева — редкий случай, когда основа слова не даёт однозначной подсказки. На слух она напоминает что-то «верблюжье» (от «вельблуд» — старорусское название верблюда), но это скорее народная этимология, чем научный факт. В древнерусских говорах слово «вельблуд» действительно бытовало, и прозвище Вельблуд могли дать человеку с горделивой осанкой, медлительному или, наоборот, выносливому. Однако в фамилии нет характерного суффикса -ин, который обычно закреплял бы такое прозвище за потомками (Вельблудов — да, а Вельбоев — иначе).

Главная загадка — суффикс -ев. Он указывает на основу, оканчивающуюся на мягкий согласный или -й. Если отбросить -ев, остаётся корень «Вельб-», что не характерно для славянских имён. Возможен другой путь: фамилия могла произойти от неканонического имени или прозвища Вельбой. Второй элемент «-бой» в древнерусских именах встречается (например, Добробой, Светобой) и означал «бьющий», «побеждающий». Тогда Вельбой — сложное имя с первой частью «велий» (великий, большой). Получается «великий боец» или «сильный в битве». Такие имена давали как оберег или пожелание силы. Суффикс -ев в этом случае стандартный: Вельбой → Вельбоев.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где сохранялись древние двусоставные имена. Встречается она редко, что говорит о локальном происхождении — возможно, от одного рода в конкретной волости. Сравнение с однокоренными фамилиями (Вельбой, Вельбицкий) не проясняет картину, так как они почти не фиксируются в метрических книгах. Это делает версию с именем Вельбой более правдоподобной: прозвище от верблюда породило бы больше однотипных вариантов по разным губерниям.

Таким образом, предки носителей фамилии Вельбоева, скорее всего, получили родовое имя от человека, которого в древности звали Вельбой — «великим бойцом». Со временем имя забылось, а фамилия осталась напоминанием о личном качестве или пожелании предка.