Фамилия Вельгельм — редкий случай в русском ономастиконе: она не славянская по основе и не адаптирована типичными суффиксами (-ов, -ин, -ский). Скорее всего, перед нами транслитерация немецкой фамилии Wilhelm, записанная по-русски без изменений. В немецком языке Wilhelm — личное имя, состоящее из двух корней: willio («воля, решимость») и helm («шлем, защита»). В сумме — «решительный защитник» или «тот, кто носит шлем воли». Фамилией это имя стало в Германии примерно к XVI–XVII векам, когда наследственные прозвания закреплялись за потомками по отцу.

Как Вельгельм попал в русскую среду? Вероятнее всего, через немецких колонистов, которых в XVIII–XIX веках приглашали в Российскую империю — в Поволжье, Новороссию, под Петербург. Фамилия могла остаться без изменений при записи в метрические книги или ревизские сказки. Другая, менее вероятная версия — что основатель рода был обрусевшим немцем, работавшим мастером, аптекарем или офицером, и его фамилию просто записали на слух. В любом случае, Вельгельм — это не прозвище и не отчество от русского имени, а прямое заимствование.

Обратите внимание на написание: в немецком языке Wilhelm произносится с твёрдым «в» и мягким «ль», а русская передача «Вельгельм» сохраняет эту мягкость, но теряет звук «и» (вместо «Вильгельм»). Такая форма встречается в старых документах и говорит о том, что фамилию записывали не по книжному правилу, а с голоса — возможно, носитель сам так произносил. Встречаются и варианты Вильгельм, Вильгельмов, но Вельгельм стоит особняком как более редкий и архаичный.

Фамилия не имеет суффикса, типичного для русских фамилий (как -ов или -ин), поэтому её склонение — как у существительных мужского рода на твёрдый согласный: Вельгельма, Вельгельму. В женском варианте фамилия не склоняется. По сословной принадлежности предки могли быть из мещан или крестьян-колонистов, но точных данных без генеалогического поиска нет. Среди известных носителей фамилия не засветилась, что делает её ещё более локальной и интересной для семейного исследования.