Фамилия Вельмишенко звучит необычно, но её механизм довольно прозрачен для того, кто знаком с украинской антропонимией. Это типичная фамилия на -енко, которая в XVII–XVIII веках массово формировалась на территории современной Украины и обозначала потомка («сына») человека, названного в основе. Исходное прозвище — Вельмиш.

Корень здесь — древнерусское слово «вельми», что значит «очень», «весьма». В старых текстах оно встречается как усилительная частица: «вельми богат», «вельми скорбен». Прозвище Вельмиш могли дать человеку, который часто употреблял это слово в речи, или же тому, кого характеризовали как «вельми» — то есть в высшей степени обладающего каким-то качеством (сильный, хитрый, говорливый). Суффикс -иш в украинских прозвищах часто выполнял роль уменьшительно-пренебрежительного или просто разговорного окончания, как в словах «батько» — «батькіш», «дідиш». Таким образом, Вельмиш — это «вельмий» (весьма великий) в уменьшительной или фамильярной форме.

С точки зрения географии, фамилия Вельмишенко и её варианты (Вельмишев, Вельмиш) тяготеют к центральным и восточным областям Украины, особенно к Полтавщине и Черкасчине. Это объясняется тем, что модель на -енко исторически была наиболее продуктивна именно в казацкой среде Левобережной Гетманщины. Вельмишенко — не дворянская фамилия, а крестьянская или казацкая; её носители в XVIII–XIX веках, скорее всего, были посполитыми (свободными крестьянами) или казаками, не имевшими герба, но обладавшими личной свободой.

Интересная деталь: фамилия не имеет ничего общего с «великанами» или «великими» в прямом смысле. Слово «вельми» к XIX веку вышло из живого употребления, и основа стала восприниматься как тёмная. Поэтому в переписях XIX века могли возникать искажения: Вельмишенко иногда записывали как Вельмищенко (с твёрдым «щ») или даже Велимишенко, сближая с корнем «вели-». Однако первоначальное значение — не размер, а степень: «сын того, кто весьма (вельми)».

В отличие от многих фамилий на -енко, у Вельмишенко нет очевидного «ремесленного» или «профессионального» следа. Это чисто прозвищная фамилия, образованная от речевой особенности предка. Если ваш предок был Вельмишенко, то, скорее всего, он происходил из среды украинского крестьянства или казачества, а его пращур получил своё прозвище за манеру выражаться или за чрезвычайное проявление какого-нибудь качества.