Фамилия Вельматова — женская форма фамилии Вельматов. В её основе лежит прозвище или неканоническое имя Вельмат, которое могло образоваться от двух разных корней. Первый и самый вероятный — диалектное слово «вель» или «вельми», означающее «очень», «сильно», «весьма». В старину так могли назвать крупного, сильного или просто заметного человека. Второй вариант — от тюркского «вель» (господин, властитель), что встречалось в южных и восточных регионах России, где русские фамилии часто вбирали в себя местные лексемы.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ов- указывает на принадлежность («чей?»), то есть Вельматов — сын или потомок Вельмата. Это типичная патронимическая фамилия, возникшая в среде крестьян и посадских людей в XV–XVII веках, когда прозвища закреплялись за родом. Интересно, что фамилия редкая: она почти не встречается в центральных губерниях, а её очаги — в Поволжье и на Урале, где смешивались русские и тюркские говоры. В Словаре русских фамилий Б. Унбегауна подобные основы не разбираются отдельно, но общая логика образования — через прозвище от наречия — подтверждается аналогичными случаями (Велесов, Величкин).

Есть и менее правдоподобная, но возможная версия: связь с глаголом «вельмовать» (управлять, начальствовать) из старорусского языка. Тогда Вельмат — человек, облечённый властью, староста или воевода. Однако эта гипотеза слабая: глагол был книжным и редко переходил в бытовые прозвища. Скорее всего, предок носительницы фамилии был просто рослым или влиятельным односельчанином, которого прозвали Вельматом за стать или характер.

Известных исторических носителей с этой фамилией не зафиксировано, что говорит о её сугубо локальном бытовании. Вельматовы не принадлежали к дворянским родам — фамилия не попала в «Бархатную книгу» или другие родословные сборники. Это фамилия простых людей, чья история осталась в метрических книгах и ревизских сказках конкретных сёл.