Фамилия Велин — один из тех случаев, когда географическое прозвище превратилось в родовое имя. В основе фамилии лежит гидроним Веля — река в Московской области, левый приток Дубны. Она начинается у деревни Ивашково в Сергиево-Посадском районе и впадает в Дубну выше посёлка Вербилки. На Веле стоят деревни Пальчино, Альфёрово, Сихнево. Долина реки живописна: в верховьях и среднем течении она извивается среди моренных холмов, местами образуя настоящие каньоны. Однако в XX веке ландшафт изменился: в нижнем течении русло спрямили каналом для сплава леса — его везли на фарфоровый завод в Вербилках, а верховья в последние годы застроили дачными посёлками.

Человека, жившего на этой реке или переселившегося оттуда, в старину могли прозвать Веля — по месту прежнего жительства. От этого прозвища и пошла фамилия Велин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — «Велин», то есть сын Вели, потомок человека по прозвищу Веля. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а/-я.

Вероятно, основатель рода Велиных был уроженцем одного из населённых пунктов в долине Веи. Скорее всего, это крестьяне или ремесленники, чья жизнь была связана с рекой и лесными промыслами. Альтернативная версия — связь с личным именем Веля, уменьшительной формой от Венедикт или Велимир, — возможна, но менее убедительна: гидронимическая привязка здесь и конкретнее, и надёжнее, поскольку река Веля — реальный и локальный топоним.

Фамилия Велин встречается не только в центральной России, но и в других регионах, что объясняется миграциями крестьян после отмены крепостного права. Однако основное гнездо фамилии, судя по всему, — Подмосковье, а точнее, бывшие земли Сергиево-Посадского и Талдомского районов.