Фамилия Меланхолик — случай почти уникальный: она не скрывает своего происхождения, а называет его напрямую. В основе лежит древнегреческое слово μελαγχολία (melancholia), буквально «чёрная желчь», — в античной и средневековой медицине так обозначали один из четырёх темпераментов, склонный к грусти, задумчивости и унынию. Но на русской почве это слово стало бытовым прозвищем, а не медицинским термином.

Модель образования здесь необычна для русской фамилии. Суффикс -ик (вместо привычных -ов, -ев, -ин) типичен для прозвищ и фамилий, образованных от прилагательных или существительных, часто с оттенком характерности: Меланхолик — «тот, кто ведёт себя как меланхолик», «человек меланхолического нрава». Такая форма встречается в западнорусских и украинских землях, где под влиянием польской ономастики прижились фамилии на -ик, -ук, -чук. В центральной России подобные фамилии редки и почти всегда восходят к прозвищам, данным в училищной или семинарской среде.

Самая вероятная версия происхождения — семинарская или училищная. В духовных академиях и бурсах XVIII–XIX веков ученикам нередко давали «говорящие» фамилии на латинский или греческий манер — по характеру, внешности или поведению. Меланхолик мог получить такое прозвище преподаватель или товарищи за склонность к уединению, задумчивость или мрачноватый вид. В списках семинаристов встречаются и другие «темпераментные» фамилии — Холерик, Сангвиник, Флегматик, что подтверждает эту практику. Версия о происхождении от мирского прозвища, данного в крестьянской среде, менее правдоподобна: слово «меланхолик» было книжным и малопонятным в народе.

Фамилия остаётся исключительно редкой. Она не фиксируется в массовых списках крестьянских и дворянских родов, не имеет географического ядра — скорее всего, это единичное прозвание, закрепившееся за одной семьёй. Встретить её можно лишь в единичных записях XIX — начала XX века, и почти всегда это выходцы из духовного сословия. Таким образом, носитель фамилии Меланхолик с высокой вероятностью потомок семинариста или причетника, чья задумчивость когда-то дала повод для характерного прозвища.