Фамилия Верхолётов происходит от прозвища Верхолёт — сложного слова, где соединились основы «верх» и «летать». Судя по модели, это типичное для русских фамилий прозвище, которое перешло в родовое имя без изменений, с помощью суффикса -ов, указывающего на принадлежность: «чей?» — Верхолётов, то есть сын или потомок Верхолёта.

Кем был этот Верхолёт? Самое прямое объяснение — человек, работающий на высоте. В старину это не авиация, а опасные ремёсла: кровельщик, колокольный мастер, строитель-верхолаз. Такие люди «летали» над землёй на лесах и куполах, отсюда и меткое прозвище. В этом смысле фамилия Верхолётов — профессиональная, как Кузнецов или Плотников, только с более узкой и редкой специализацией.

Но есть и вторая версия, которую тоже стоит учитывать. На русском Севере и в Сибири «верхолётом» могли назвать человека ветреного, легкомысленного, который «летает в облаках» — не от мира сего. В говорах слово «верхолёт» фиксируется именно в таком переносном значении: беспокойный, непостоянный человек. Так что фамилия могла закрепиться и за характером, а не за профессией.

Фамилия редкая. Встречается в основном в центральных и северных областях России, но массового распространения не получила — вероятно, потому что исходное прозвище было очень конкретным и не таким частым, как, скажем, «Сокол» или «Воробей».

По словообразованию фамилия Верхолётов стоит в одном ряду с такими же сложными прозвищными фамилиями, как Вертихвостов, Горицветов, Кособоков. Все они образованы от глагольной основы с дополнением и описывают яркую, заметную черту человека — род занятий или поведение.