Фамилия Велиметов — достаточно редкая, и её разбор не укладывается в простую схему «от имени Ивана». Чтобы понять её происхождение, нужно присмотреться к основе «Велимет». В ней отчётливо слышится тюркский след, а точнее — сложение двух корней: «вели» (от арабского «вали» — святой, покровитель, или же от тюркского «великий») и «мет» (от арабского «Мухаммад» — прославленный, достохвальный). В тюркских языках, особенно у татар, башкир, ногайцев, имя Велимет (Валимет) — это вариант имени Валимухаммад, что значит «святой Мухаммад» или «покровитель Мухаммад». Таким образом, фамилия Велиметов — это русифицированная форма отчества от мусульманского имени Велимет.

Суффикс «-ов» указывает на то, что фамилия формировалась в русской среде, скорее всего, во второй половине XIX века, когда многие тюркские народы Российской империи получали фамилии по отцу с добавлением русского патронимического суффикса. Предок носителя фамилии, скорее всего, был татарином, башкиром или представителем другого тюркоязычного народа, принявшим православие или жившим в смешанной среде, где требовалась русская фамилия. Встречается фамилия в Поволжье, на Урале и в Западной Сибири — в местах традиционного расселения татар и башкир.

Интересная деталь: написание через «е» в первом слоге («Велиметов») может быть как следствием акающего произношения (когда «и» редуцируется в «е»), так и результатом адаптации тюркского звука «ә» (близкого к русскому «э»). Встречаются и варианты Валиметов, Велимятев, но форма «Велиметов» — самая распространённая. Социальный состав носителей был разным: от крестьян до купцов и духовенства, но в любом случае фамилия указывает на мусульманские корни предка, который носил имя, прославляющее пророка.