Фамилия Велкова — женская форма, а её основа, мужская фамилия Велков, образована по типичной для русского, болгарского, сербского и македонского языков модели: от личного имени или прозвища с помощью суффикса -ов/-ев. Этот суффикс указывает на принадлежность («чей?»), то есть Велков буквально значит «сын (или потомок) Велко».

Ключ к фамилии — имя Велко. Это краткая, народная форма от полного канонического имени Велемир, Велизар или, что вероятнее, от Владимир. В славянской традиции такие усечённые имена (Велко, Владо, Милко) были распространены в быту, а позже закрепились как фамилии. Основа «вел-» восходит к древнему корню со значением «большой», «великий». Таким образом, имя Велко могло даваться либо как ласкательное, либо как пожелание — «будь великим».

География фамилии Велкова тяготеет к южнославянским регионам: в Болгарии, Сербии и Северной Македонии это довольно частая фамилия. В России она встречается реже, и, скорее всего, попала сюда через переселенцев с Балкан или через украинские и белорусские земли, где тоже фиксируются подобные формы. Не исключено, что в русском контексте фамилия могла возникнуть независимо от прозвища «Велко» — например, от диалектного глагола «велковать» (в некоторых говорах — «лениться», «бездельничать»), но эта версия менее убедительна, так как прозвищная основа «Велк-» почти не встречается в старых русских писцовых книгах.

Одна из редких деталей, отличающая эту фамилию: ударение в ней может падать и на первый, и на последний слог. В болгарском и сербском языках ударение обычно на корне — Ве́лков, что подчёркивает связь с именем. В русском бытовании под влиянием аканья и привычки к фамилиям на -ов ударение нередко смещается на окончание — Велко́ва. Эта вариативность — косвенный признак того, что фамилия не исконно русская, а пришлая, и ударение в ней «плавает» в зависимости от региона и семейной традиции.