Фамилия Меланина — редкий случай, когда женская форма закрепилась в качестве родового имени. Обычно фамилии на -ин образуются от мужских прозвищ или имён, оканчивающихся на -а/-я: Меланя — Меланин — Меланина. Но здесь мы видим, что в основе лежит женское имя Мелания. Это значит, что фамилия могла закрепиться за внебрачным ребёнком или за человеком, которого воспитывала мать, — в русской традиции такие фамилии давали, когда отцовство не было установлено или отец отсутствовал. Вторая версия: Меланиной могли назвать женщину — вдову или солдатку, которая стала главой двора, и фамилия перешла к детям.

Имя Мелания (от греческого «мелас» — чёрный, тёмный) в народной речи звучало как Меланья. В крестьянской среде его связывали с цветом волос или кожи: Меланией называли смуглую, черноволосую девушку. Прозвище могло закрепиться и за мужчиной — Меланя, от которого по правилам русского языка идёт фамилия Меланин. Но в форме Меланина мы видим прямое указание на женский род основы.

Географически фамилия встречается в южнорусских областях, где имя Меланья было особенно популярно, и в Поволжье. Встречаются варианты написания через «ь» — Меланьина, но это одна и та же фамилия с разной орфографией XIX века, когда мягкий знак в окончаниях писали непоследовательно.

По сути, Меланина — фамилия-исключение, где женское имя стало основой для всего рода. В этом её отличие от массовых патронимических фамилий вроде Иванов или Петров: здесь не «сын Мелании», а скорее «принадлежащий Мелании», что отражает нестандартную семейную историю.