Фамилия Вельможкины — одна из тех, где за привычным окончанием скрывается не титул, а насмешка. Её основа — шутливое прозвище Вельможка. Вельможей на Руси называли знатного сановника, человека высокого чина и богатства. Прозвище же Вельможка, скорее всего, давали с иронией: хвастливому, зазнавшемуся или тому, кто любил пускать пыль в глаза. Вряд ли его обладатель был настоящим вельможей — скорее, кто-то из окружения заметил эту черту характера и закрепил её в прозвище.

Фамилия образована по стандартной русской модели: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — Вельможкин, то есть сын или потомок Вельможки). По сословному составу носители фамилии относились к крестьянам и мещанам, что логично: знатный человек не получил бы прозвища «Вельможка» от своих.

Есть и вторая, более редкая версия — топонимическая. В Тамбовской области существовало село Вельможка. Согласно документам первой ревизской сказки 1719 года, его основали дворцовые крестьяне — 181 человек. Житель такого села мог получить фамилию по названию места. Однако эта версия менее вероятна: обычно фамилии от названий сёл образуются с помощью суффиксов -ский/-цкий (Вельможский), а не -ин. Форма Вельможкин прочнее связана с прозвищем, а не с географией.

Однокоренные фамилии — Вельможев, Вельможко, Вельможный. Первая образована от той же основы, но с другим патронимическим суффиксом (-ев), вторая характерна для украинской ономастики, третья могла принадлежать человеку, который служил у вельможи или получил прозвище по схожей причине. Вельможкины — вариант именно с уменьшительно-ироничным оттенком, что и делает фамилию запоминающимся памятником народного чувства юмора.