Фамилия Вельева — женская форма, мужской вариант — Вельев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Вель. Такие имена на Руси давали по внешним или поведенческим чертам. Слово «вель» в древнерусском языке означало «большой, великий» (ср. «велий» — огромный, могучий). Прозвищем Вель могли наградить рослого, крупного человека либо того, кто занимал важное положение в общине.

Суффикс -ев указывает на модель образования от основы, оканчивающейся на мягкий согласный или «й». В данном случае исходное имя Вель дало форму Вельев — «сын Веля». По такой же схеме сложились фамилии Беляев, Коптев, Лазарев. Притяжательная модель «чей? — Вельев» типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда крестьян и посадских людей начали записывать по отцу.

Есть и вторая, менее вероятная версия: основа могла восходить к диалектному «вель» — овраг, ложбина, низина. В этом случае прозвище Вель давали человеку, жившему у оврага или в низине. Такие топографические прозвища тоже превращались в фамилии, но встречаются реже, чем личные имена. Первое объяснение — от «велий» — выглядит убедительнее: оно подтверждается параллелями в других славянских языках, где корень vel- устойчиво связан со значением величины.

Географически фамилия Вельев/Вельева не привязана к одному региону. Встречается спорадически в центральных областях России, на севере и в Поволжье. Это говорит о том, что носители не составляли крупного родового гнезда, а фамилия возникала в разных местах независимо от разных прозвищ Вель.

В дореволюционных источниках фамилия не фиксируется среди дворянства или купечества — скорее всего, предки Вельевых были крестьянами или мещанами. Известных исторических деятелей с этой фамилией нет, что характерно для многих русских фамилий, образованных от прозвищ: они остались в тени, но сохранили память о внешности или статусе своего первого носителя.