Фамилия Меланчук образована от женского имени Меланья, которое в переводе с греческого означает «темная, смуглая». Это имя пришло на Русь вместе с христианством, и в истории церкви почитаются две святые с этим именем: преподобная Мелания, память которой приходится на 21 июня, и преподобная Мелания Римляныня, чей день памяти отмечают 13 января.

Словообразовательная модель здесь классическая для западнорусских земель. Суффикс -чук указывает на принадлежность: Меланчук — это «сын Меланьи» или «человек из рода Меланьи». Такая модель широко распространена в украинской, белорусской и польской ономастике, где суффикс -чук/-ович закреплялся за потомками конкретного человека, чаще по имени отца. Но в случае с Меланчук основа женская, что встречается реже: обычно фамилии образовывали от имени отца, а здесь — от материнского.

Почему родовое прозвание закрепилось по женской линии? Вероятнее всего, предок носителя фамилии был вдовцом, воспитывавшим детей в одиночку, либо происходил из семьи, где мать играла главенствующую роль. В крестьянской среде, где фамилии начали массово закрепляться в XVII–XIX веках, такое случалось, если хозяйство вела женщина после смерти мужа, и соседи называли её детей «Меланчуками», то есть детьми Меланьи.

Географически фамилия тяготеет к Правобережной Украине и юго-западу Беларуси — регионам, где суффикс -чук особенно продуктивен. Встречаются и варианты написания: Меланюк, Меланчук, Меланьчук. Последний вариант ближе к исходному произношению, но в русской канцелярской традиции мягкий знак часто опускали, отсюда и форма без него.

Само имя Меланья в народной среде нередко переосмысляли: «темная» понимали не как цвет кожи, а как характер — «сумрачная», «задумчивая». Впрочем, для фамилии это уже не имеет значения: она давно живёт самостоятельной жизнью и лишь хранит память о женщине, чьё имя стало началом целого рода.