Фамилия Мамехин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от прозвища или имени через притяжательный суффикс -ин. Суффикс указывает на принадлежность: Мамеха — это основа, а окончание -ин буквально означает «чей?» — сын Мамехи.

Ключ к происхождению — в основе «Мамех». Она неканоническая, то есть не из святцев, а из народной, бытовой лексики. Скорее всего, это прозвище. В русских говорах слово «мамеха» (или «мамёха») имело два основных значения. Первое — ласкательное, почти детское обращение к матери, «мамочка», «мамуля». Второе — более характерное для прозвищ: так могли называть мачеху (неродную мать). В диалектах слово «мамеха» прямо фиксируется в значении «мачеха». Прозвище Мамеха могли дать человеку, который воспитывался мачехой, или, напротив, тому, кто сам проявлял заботу, как мать, — например, опекуну, няньке, кормилице.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с тюркским именем Мамех. В ряде тюркских языков «Мамех» — это одна из форм имени Мухаммед (через отпадение конечного согласного и редукцию). Однако фамилия Мамехин звучит по-русски и имеет русский суффикс, что говорит о её бытовании в среде, где русский язык был основным. Если бы предок нёс тюркское имя, фамилия скорее приняла бы форму Мамехов или осталась без суффикса. Поэтому версия с прозвищем от «мамеха» (мачеха или ласковое обращение) выглядит убедительнее.

Фамилия редкая. Встречается в центральных областях России, но без ярко выраженной географической привязки к одному региону. Носители фамилии, судя по архивным записям, чаще всего были крестьянами или мещанами. В XVIII-XIX веках прозвище Мамеха могло закрепиться за человеком в семье или в общине, а затем перейти к детям уже как официальная фамилия. Других однокоренных фамилий — вроде Мамехов, Мамехинский — практически нет, что подчёркивает уникальность именно этой словообразовательной цепочки.