Фамилия Амелёхина образована от имени или прозвища предка по мужской линии. В основе, скорее всего, лежит просторечная форма крестильного имени Емельян — Амелёха. Само имя Емельян имеет двойное толкование: с греческого его переводят как «льстивый», а с латинского — как «соперник» или «участник состязаний». Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «сын Амелёхи» или «жена Амелёхи». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от имён, оканчивающихся на -а или -я.

Помимо основной версии, существуют и другие гипотезы. Например, связь с арабским именем Амил, означающим «распорядитель». Или происхождение от прозвища Мелик, которое в XIII–XVI веках бытовало в южнорусских землях. Однако эти версии менее убедительны и не имеют столь же прямого словообразовательного соответствия, как связка «Амелёха — Амелёхин». В пользу первой версии говорит и то, что фамилии на -ин от имён на -а (Амелёха, Федора, Микита) — один из самых распространённых и естественных путей формирования русских родовых имён.

Таким образом, Амелёхина — это, в первую очередь, «дочь» или «потомок» человека, которого в быту звали Амелёхой. Со временем фамилия закрепилась и перестала зависеть от пола носителя, став неизменяемой в женском роде.