Фамилия Велемицына — редкий пример, когда основа, скорее всего, не русская, а украинская. В её центре лежит прозвище Велемица, которое составили два слова: «веле» (очень) и «мiцний» (крепкий, сильный, стойкий). Буквальное значение — «очень крепкий человек», причём не только физически, но и духовно непреклонный. Такое прозвище могли дать человеку с твёрдым характером, выносливому, на которого можно положиться.

С точки зрения словообразования фамилия построена по стандартной восточнославянской модели: к основе Велемиц- добавили суффикс принадлежности -ин, а затем окончание -а, указывающее на женский род. Это типичная «матронимическая» форма: если главой семьи была женщина с прозвищем Велемица (или так прозвали жену Велемицы), то их детей записывали как «Велемицыны дети». Со временем форма закрепилась за родом в целом.

Географически фамилия тяготеет к юго-западным областям бывшей Российской империи — территориям современной Украины и приграничным русским губерниям. Украинские корни «веле» и «мiцний» в чистом виде почти не встречаются в фамилиях северных регионов, так что предки носителей фамилии Велемицына, вероятно, жили в Черниговщине, Полтавщине или на Слобожанщине.

Обратите внимание на окончание -ына вместо более привычного -ина. Это не ошибка, а старая орфографическая норма: после ц в фамилиях писали ы (как в слове «цыган»). В дореволюционных метриках и ревизских сказках фамилия могла выглядеть как Велемицынъ, и только после реформы орфографии 1918 года написание с и стало допустимым, но не обязательным.

Сословного статуса предков по одной только фамилии не определить. Прозвище Велемица могло принадлежать и крестьянину, и казаку, и мещанину. Но сам факт, что фамилия образована от бытового прозвища, а не от имени в святцах, говорит о том, что её носители были людьми «простыми» — не дворянами и не духовенством, у которых фамилии чаще выводились от церковных имён или названий поместий.

Среди однокоренных фамилий можно назвать Велемицкий (с типичным польско-шляхетским суффиксом -ский) и Велемицын (мужской вариант). Все они восходят к одному корню, но распределение суффиксов указывает на разную социальную среду: -ин характерен для крестьянской и мещанской среды, -ский — для дворянской или духовной. Велемицына стоит в ряду тех фамилий, которые сохранили в основе живую народную речь, а не книжную форму.