Фамилия Вельмяткин образована по редкой и неочевидной модели, что делает её особенно интересной для разбора. Основа — «Вельмят» — это, скорее всего, усечённая форма крестильного имени Венедикт (от лат. benedictus — «благословенный»). В русских говорах имя Венедикт переделывали в Веденей, Веденя, а в некоторых диалектах — в Вельмя или Вельмят. Суффикс «-ят» (как в именах Игнат, Сидорят) указывает на уменьшительно-ласкательную или обиходную форму, а «-кин» — на принадлежность: «чей?» — Вельмяткин, то есть сын, потомок Вельмяты.

Вторая, менее вероятная версия ведёт к прозвищу Вельмя — от диалектного «вельми», что в древнерусском означало «очень, сильно». Такое прозвище могли дать человеку с яркой, заметной чертой характера или поведения. Однако в пользу первой версии говорит распространённость фамилий на «-яткин» (Игнат — Игнаткин, Кузьма — Кузьмиткин), где основа — производная от канонического имени.

Географически фамилия тяготеет к регионам бывшего Владимирского княжества и Нижегородской губернии — местам, где имя Венедикт в форме Вельмя фиксируется в писцовых книгах XVII века. Вельмяткины, судя по всему, были крестьянами или посадскими людьми: фамилия не встречается в родословных книгах дворянства, а её «простая» словообразовательная модель характерна для непривилегированных сословий.

Стоит обратить внимание на вариант написания: в дореволюционных документах фамилию могли записать как Вельмяткинъ, а в некоторых говорах — с ударением на второй слог (Вельмяткин). Это типичная «фамилия одного корня»: однокоренные Вельмяков, Вельмисов (от Вельмис — ещё одна форма Венедикта) встречаются реже, но подтверждают общую ономастическую линию.