Фамилия Вельмовская звучит как типичная «географическая» фамилия, образованная по модели, характерной для шляхетских родов Речи Посполитой, а затем и для русских дворянских фамилий. Суффикс -ск- указывает на происхождение от названия места — скорее всего, населённого пункта вроде Вельмово, Вельма или Вельмов. Такие фамилии часто получали помещики по названию своего имения, а затем распространились и на крестьян, переселившихся из этого села.

Основа «Вельм-» неочевидна и допускает несколько толкований. Самое вероятное — связь с древнерусским словом «вельми» (очень, весьма) или с корнем «вел-» в значении «большой, великий». В этом случае прозвище Вельма могло означать «большой человек» — не столько по росту, сколько по статусу или силе. Менее вероятна, но возможна версия от балтийского корня (ср. литовское velnias — чёрт), однако для славянской фамилии это скорее исключение, чем правило.

В польской ономастике встречается фамилия Wielmowski, которая могла русифицироваться в Вельмовского/Вельмовскую. Если предки носили герб и имели приставку «з» (например, z Wielmowa), это указывает на родовое гнездо. Однако в XIX веке, после разделов Польши, фамилии на -ский активно давали и бывшим крепостным при переписях — по названию деревни, где они жили. Так что носительница фамилии Вельмовская могла происходить как из мелкопоместной шляхты, так и из крестьян, записанных по месту жительства.

В русском контексте фамилия редкая. Она могла возникнуть и от прозвища Вельма — человека важного, «вельможного», но с ироничным оттенком. В говорах «вельма» иногда значило «ведьма» (от общеславянского *věd'ma), но это другой корень, и смешение маловероятно из-за разницы в произношении (ё vs е).

Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи — современным Беларуси, Украине, западным областям России. Если ваши предки были из Витебской, Могилёвской или Смоленской губернии, версия с топонимом Вельмово становится почти рабочей. В любом случае, точный ответ дала бы только проверка по ревизским сказкам или метрическим книгам конкретного уезда.