Фамилия Жельнио — редкая и, скорее всего, не русская по происхождению. В русской ономастике фамилии с окончанием на -ио, -о, -а обычно указывают на иноязычные корни, чаще всего итальянские, греческие или южнославянские. В данном случае напрашивается параллель с итальянской фамилией Gelmini или Gelmi, но Жельнио может быть также адаптацией литовской или польской фамилии, где основа «жель» (žel) означает «желать», «стремиться» или связана с растением «жель» (вид осоки). Однако наиболее вероятная версия — это вариант фамилии Жельнис (Želnys), распространённой в Литве и северо-западных областях Беларуси. Суффикс -ио в русской записи мог появиться из-за польского или литовского произношения: например, фамилия Želnys на письме могла передаваться как Жельнис, а при русификации через документацию (паспорт, метрики) окончание -ис иногда заменяли на -ио по аналогии с итальянскими фамилиями или просто как результат ошибки переписчика.

Если исходить из литовской основы, то Želnys происходит от слова želnyčia — «место, где растёт зелень», либо от želti — «зеленеть, расти». В таком случае прозвище Жельня мог получить человек, живший у зарослей, на зелёном лугу, или занимавшийся огородничеством. В польском языке есть слово żelny (от żelazny — железный), но это маловероятно, так как форма Жельнио не имеет типичного польского патронимического суффикса.

Учитывая редкость фамилии, её носители, скорее всего, происходят из небольшой локальной группы — возможно, из бывших земель Великого княжества Литовского (современные Литва, Западная Беларусь, часть Польши). В России фамилия почти не встречается, за исключением единичных случаев, связанных с миграцией в XX веке. Социальный статус предков определить сложно — основа не указывает на дворянство или духовенство, скорее на крестьянское или мещанское происхождение. Примечательно, что написание через «ё» встречается редко, обычно фиксируется вариант Жельнио без ударения на первый слог (ударение, вероятно, падает на «и»).