Фамилия Вельдина — редкий случай, когда суффикс и окончание женского рода (-а) сохранились в застывшей форме. В русской традиции фамилии на -ин обычно указывают на принадлежность: «чей?» — Вельдин, то есть сын или потомок Вельды. Но здесь мы видим окончание -а, которое в именительном падеже свойственно женскому роду. Это может означать, что фамилия закрепилась в документах в форме, изначально бытовавшей как матроним — по имени матери. Либо это результат записи фамилии в женском роде (например, «вдова Вельдина») без последующего переоформления на мужской вариант. Такое иногда встречается в северных и сибирских говорах, где фамилии на -ина у мужчин не редкость.

Основа фамилии — Вельда. Это имя или прозвище не имеет однозначного толкования, и здесь есть простор для версий. Самая прямая: Вельда — вариант крестильного имени Вельд (от древнегерманского Wald — «власть», «правление», или от славянского корня «вел-» в значении «большой», «могучий»). Правдоподобнее, что это прозвище, связанное с диалектным словом «вельда» — в некоторых русских говорах так называли вялого, медлительного человека (от «вель» — «вянуть», «блекнуть»). Сравните с однокоренными фамилиями Вельдов, Вельдин, Вельдяев — все они редки и тяготеют к северо-западу России и Приуралью.

Суффикс -ин в фамилии типичен для русского Севера и Поволжья: там притяжательные фамилии на -ин образовывали от любых основ, в том числе от прозвищ. Вельдина могла возникнуть в среде крестьян или посадских людей, где прозвища давали по внешности или характеру. Географически фамилия встречается единично, в основном в Вологодской, Архангельской областях и в Пермском крае — это регионы, где хорошо сохранялись архаичные словообразовательные модели.

Слабая версия — связь с финно-угорскими корнями (от вепсского «vel’d’» — «поле», «луг»). Она соблазнительна, но не подтверждена: в финно-угорских языках нет типичного для русских фамилий суффикса -ин, а сама основа Вельд- в прибалтийско-финских именах почти не встречается. Поэтому версия с русским диалектным прозвищем надёжнее.