Фамилия Мелантьева — женская форма, а её мужской вариант — Мелантьев. Основа здесь — личное имя Мелантий, которое в русском языке встречалось реже, чем, скажем, Иван или Пётр. Имя это греческого происхождения, от «мелас» — чёрный, тёмный. В святцах оно есть: память святых Мелантия (епископа и мученика) приходится на разные дни года. Так что в основе фамилии лежит не прозвище, а крестильное имя, пусть и не самое распространённое.

Модель образования простая и типичная для русских фамилий: к основе имени Мелантий добавили патронимический суффикс -ев (вместо -ов, потому что основа оканчивается на мягкий согласный). Мелантьев буквально означает «сын Мелантия». Форма Мелантьева — это уже «дочь» или «жена» Мелантьева, но в современном быту она закрепилась как фамилия женщины.

Любопытно, что имя Мелантий могло на народный слух звучать как «Меланья» (женское имя), но путать их не стоит. Меланья — тоже от греческого «мелас», но это самостоятельное имя. Фамилия Мелантьев образована именно от мужского Мелантий, а не от женского Меланья (от которого пошли бы Меланьины).

С географией у фамилии нет ярко выраженной привязки к одному региону, потому что имя, хоть и не массовое, встречалось по всей центральной России. Встречаются Мелантьевы и в старых документах по Тверской, Рязанской, Нижегородской губерниям — там, где крестили детей в честь святого Мелантия. Носители фамилии, скорее всего, были из крестьян или мещан: патронимическая фамилия на -ев редко указывает на дворянское происхождение, если только не подкреплена родословной росписью.

В написании возможна путаница с фамилией Мелентьев — она образована от имени Мелентий (тоже греческого корня, но с другим значением — «заботливый»). В быту оба имени могли смешиваться, и в метрических книгах одного и того же села иногда писали то «Мелантий», то «Мелентий». Поэтому для точного поиска предков стоит проверять оба варианта написания.