Фамилия Вельможная — редкий случай, когда прозвище, а затем и фамилия образовались напрямую от социального статуса. Основа здесь очевидна: «вельможа», то есть знатный, богатый человек, приближённый ко двору. Однако, в отличие от большинства «социальных» фамилий (князев, бояринов), эта — не патронимическая, а качественная. Суффикс -н- превратил существительное в прилагательное: вельможный — тот, кто относится к вельможам, либо сам вельможа. Флексия -ая указывает на женский род, что сразу выдаёт специфику: это не исходная мужская форма, а её производная.

Скорее всего, перед нами фамилия, закрепившаяся за женщиной или за семьёй по материнской линии. В русской традиции, особенно среди крестьян и мещан, женские фамилии на -ая могли даваться жёнам или вдовам по прозвищу мужа: например, если мужа звали Вельможный (или Вельможа), то его жену в документах писали как Вельможная. Такая модель характерна для южнорусских и украинских говоров, где фамилии на -ый/-ой часто переходили в женский род без изменений в окончании. В северных же регионах женская форма чаще звучала бы как Вельможина.

Второй вариант, менее вероятный, но возможный: прозвище Вельможа могли дать не за реальное знатное происхождение, а за повадки, осанку или богатую одежду. В крестьянской среде так могли иронично назвать зазнайку или человека, который «держался барином». В этом случае фамилия Вельможная — не указание на сословие, а живая характеристика предка, закрепившаяся в роду.

Географически фамилия редкая. В дореволюционных списках она встречается в основном в Черниговской и Полтавской губерниях, что косвенно подтверждает украинский след. В современной России носители фамилии сосредоточены на юге и в центральном Черноземье. Мужской вариант — Вельможный — встречается чаще, но и он не входит даже в первую тысячу распространённых фамилий.

Словообразовательно фамилия стоит особняком: в ней нет типичных для русских фамилий суффиксов принадлежности (-ов, -ин) или топонимического -ский. Она образована по модели краткого прилагательного, что сближает её с фамилиями типа Благой, Милая, но с той разницей, что основа «вельмож-» имеет конкретное социальное значение, а не абстрактное качество.