Фамилия Мамелькин — редкий случай, когда основа уводит нас не в древнерусское прозвище или профессию, а напрямую к личному имени, причём не славянского, а тюркского происхождения. В её центре лежит имя Мамелька, которое является уменьшительно-ласкательной формой от Мамед — одной из вариаций имени Мухаммед. Это имя, одно из самых распространённых в исламском мире, через тюркские языки (татарский, башкирский, казахский) проникло в русскую народную среду, особенно в регионах активного этнического смешения — Поволжье, Приуралье, южные степи.

Суффикс -ин указывает на модель образования «чей?», то есть Мамелькин буквально означает «сын Мамельки» или «принадлежащий Мамельке». Такая словообразовательная схема типична для русских фамилий, возникших из прозвищ или имён, оканчивающихся на -а/-я. Если бы основа оканчивалась на согласный, мы бы получили фамилию Мамельков, но форма на -ин закрепилась именно за этим вариантом.

Версия, что фамилия могла произойти от прозвища Мамелька, связанного с диалектным словом «мамель» (нечто маленькое, мятое или, наоборот, ласковое обращение к ребёнку), выглядит менее убедительной. Словари фиксируют «мамлить» — говорить невнятно, мямлить, но прозвище Мамля или Мамеля оставило бы фамилию Мамлин, а не Мамелькин. Звуковой состав «Мамель-» уверенно указывает на имя, а не на глагольный корень.

Фамилия не относится к числу дворянских или старинных боярских родов — её носителями были крестьяне, мещане, казаки. Встречается она в основном в центральной России и в Поволжье, что косвенно подтверждает связь с татаро-монгольским влиянием или последующими контактами с тюркскими народами. Встречается вариант написания с одной «л» — Мамекин, но он ещё реже и может быть результатом описки или местного произношения.

Известных широкой публике носителей фамилии Мамелькин в истории не зафиксировано, что типично для фамилий, возникших в непривилегированных слоях. Тем не менее, это не умаляет её ценности как маркера сложных этнических процессов: человек с такой фамилией, скорее всего, имеет предка, носившего мусульманское имя, которое в русской среде обросло уменьшительным суффиксом и патронимическим окончанием.