Фамилия Вельтищева хранит память о внешности своего первого носителя. В её основе лежит прозвище Вельтищ, которое восходит к старославянскому слову «велет» — «великан». Особо выдающегося по росту и силе человека могли назвать «велетищем». Со временем в прозвище выпал второй гласный «е», но мягкость согласного «л» сохранилась — на письме её обозначили буквой «ь». Так и получилось имя Вельтищ.

Прозвище указывало на конкретную примету: предок был высоким, крупным и здоровым человеком. В среде, где большинство людей занимались тяжёлым физическим трудом, такое качество не оставалось незамеченным. Оно легко закреплялось в качестве бытового именования, которое со временем перешло в фамилию. Потомка человека по прозвищу Вельтищ стали называть Вельтищевым, а в женском роде — Вельтищева.

Словообразовательная модель здесь проста: к основе на шипящий «щ» добавился суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкой основы). Такая схема типична для русских фамилий, образованных от прозвищ или имён, оканчивающихся на согласный. Фамилия отвечает на вопрос «чей?» — то есть «сын Вельтища».

Редкий корень «вельт-» роднит эту фамилию с однокоренными Вельтищев, Вельтистов и, возможно, с фамилией Вельтищевский, если таковая встречается. В отличие от распространённых «великановских» фамилий (Великанов, Великов), здесь сохранилась более архаичная старославянская форма. Так и представитель рода Вельтищевых может по праву гордиться своей фамилией как ценным источником семейной истории: передаваясь из поколения в поколение, она по сей день хранит память о происхождении индивида.