Фамилия Вельможина — яркий пример того, как в русской фамилии может играть контраст между высоким титулом и реальным положением человека. В основе лежит слово «вельможа» — так на Руси называли знатного сановника, приближённого ко двору. Понятно, что крестьянину или простому горожанину взять такую фамилию «в лоб» было невозможно: прямое указание на знатность для низшего сословия выглядело бы нелепо. Поэтому филологи сходятся во мнении, что прозвище Вельможа давали в насмешку — хвастуну, зазнайке или человеку, который «ставил себя высоко», не имея на то оснований. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Вельможин, то есть сын или потомок Вельможи.

Но есть и вторая, более конкретная версия, связанная с географией. В Тамбовской области существует село Вельможка. По документам первой ревизской сказки 1719 года, в нём числился 181 дворцовый крестьянин. Село было основано в начале XVIII века, и его название могло дать фамилию жителям — по принципу «откуда родом». В таком случае Вельможина — это «выходка из Вельможки», и связь с прозвищем уже не прямая, а топонимическая.

Обе версии не противоречат друг другу: прозвище могло закрепиться за основателем села или, наоборот, название села повлияло на прозвище переселенца. Но для большинства носителей фамилии Вельможина наиболее вероятен именно шутливый, «антивельможный» подтекст: предок, скорее всего, был простым человеком, которого за повадки дразнили вельможей.