Фамилия Велемчанец — редкий случай, когда географическое происхождение видно почти без разбора. Это типичное «жительское» прозвище, образованное по модели «житель такого-то места»: суффикс -ец указывает на принадлежность к местности, а основа Велемч- — это искажённое или диалектное название конкретного населённого пункта.

Скорее всего, в основе лежит топоним Велемча (или Велемче). На карте России и соседних стран есть несколько сёл с похожими названиями, например, Велемья в Рязанской области или Велемичи в Беларуси. Но с учётом суффикса -чан- (а не просто -ец) исходное название могло звучать как Велемча — деревня или урочище, откуда выходца называли «велемчанин», а потом фамилия закрепилась в форме Велемчанец. Возможна и связь с гидронимом — речкой или ручьём Велемча, что типично для восточнославянского именования.

Важная деталь: в фамилии нет патронимического суффикса (-ов, -ин, -ский), характерного для основной массы русских фамилий. Формант -ец — продуктивный в западнорусских и украинских землях, а также в польской ономастике. Поэтому носитель фамилии мог происходить из западных регионов современной России, Беларуси или Украины, где такие «географические» фамилии давали крестьянам и мещанам по месту рождения, а не по отцу.

Поскольку фамилия не дворянская и не купеческая, её носители — скорее всего, выходцы из крестьян или сельских ремесленников. В метрических книгах XIX века такие фамилии фиксировались редко и часто с вариациями: Велемчанец, Велемченец, Велемчанов (по аналогии с более привычными окончаниями). Точного корня в древнерусских именах или прозвищах у неё нет — это чистая топонимика, привязанная к забытому или исчезнувшему селению.