Фамилия Мельбауэр — типичный пример немецкой фамилии, образованной по модели «ремесло + профессия». Первая часть, «Мель», восходит к немецкому «Mühle» (мельница) или непосредственно к слову «Müller» (мельник). Вторая часть, «-бауэр» (Bauer), означает «крестьянин», «земледелец» или «строитель». Таким образом, исходное прозвище, скорее всего, указывало на крестьянина, который либо работал на мельнице, либо жил рядом с ней, либо занимался строительством мельниц. В отличие от простого «Мюллера» (мельника), Мельбауэр подчёркивает связь с землёй и хозяйством, а не только с самим помолом.

Словообразовательная модель здесь — чисто немецкая, без славянских суффиксов. Фамилия не подверглась русификации, что говорит о относительно позднем появлении её носителей в России — скорее всего, в XVIII–XIX веках, в эпоху приглашения немецких колонистов. Географически фамилия Мельбауэр встречается в основном среди потомков поволжских немцев, а также в южных регионах бывшей Российской империи (Одесская область, Крым, Запорожье). В Германии она редка и локализована преимущественно в землях Баден-Вюртемберг и Бавария.

Написание фамилии устойчиво, но в метрических книгах XIX века встречаются варианты «Мельбауер», «Мельбауеръ», а также ошибочные переписывания как «Мельбаур». В отличие от фамилий вроде «Нойбауэр» (новый крестьянин) или «Гутбауэр» (хороший крестьянин), Мельбауэр не даёт оценки, а привязывает человека к конкретному месту или занятию. Примечательно, что в некоторых говорах немецкого языка «Mühlbauer» могло означать не просто крестьянина при мельнице, а владельца небольшой водяной мельницы, совмещавшего помол с сельским хозяйством — типичная фигура для южногерманских и австрийских деревень.

О сословной принадлежности первых носителей можно говорить с осторожностью: в России немецкие колонисты числились государственными крестьянами или мещанами, а в самой Германии Мельбауэры относились к свободным крестьянам (Bauern), а не к дворянству. Известных исторических личностей с этой фамилией в открытых источниках не зафиксировано, что типично для фамилий, не попавших в энциклопедии.