Фамилия Вельмискина — женская форма, исходная мужская — Вельмискин. В её основе лежит редкое личное имя или прозвище Вельмиска. Корень фамилии — не общеславянский, а финно-угорский, что указывает на происхождение рода из регионов Поволжья или Приуралья.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), то есть Вельмискин — потомок человека по имени Вельмиска. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а/-я.

Само имя Вельмиска — производная форма от Вельмис. Здесь возможны две основные версии происхождения. Первая связывает его с мордовским словом, которое переводится как «доля, часть». В этом случае имя могло иметь пожелательное значение: родители надеялись, что ребёнку достанется хорошая доля в жизни. Вторая версия отсылает к коми-зырянскому глаголу «вельмыны» — «распускаться», то есть расти, цвести, набираться сил.

Существует и третья, народно-этимологическая версия, сближающая имя Вельмиска с диалектным словом «вельма» — «ведьма». Если следовать этой версии, имя выполняло охранительную функцию: в древности считалось, что «плохое», отпугивающее имя отведёт от ребёнка злых духов. Вельмиска в таком случае — это имя-оберег. В пользу этой версии говорит распространённость подобных «защитных» имён у многих народов, однако прямых лингвистических доказательств связи «вельма» и «Вельмиска» нет, поэтому эта гипотеза менее надёжна, чем финно-угорская.

Фамилия Вельмискина редкая. Её география, скорее всего, привязана к территориям расселения мордвы и коми — Республике Мордовия, Пермскому краю, Кировской области. Сословно носители фамилии, вероятнее всего, были государственными крестьянами или однодворцами, но точных документальных подтверждений этому нет.