Фамилия Мельчанов образована от прозвища или нецерковного имени Мельчан. В основе этого имени лежит прилагательное «мелкий» в значении «невысокий ростом, щуплый, незначительный по положению». Суффикс -ан- в русских прозвищах часто указывал на характерный признак: Мельчан — «тот, кто мелок», как, например, Малыш, Крепыш или Толстян. Это типичная восточнославянская модель, где прозвище на -ан становилось основой для фамилии с патронимическим суффиксом -ов, то есть «сын Мельчана».

Интересно, что фамилия Мельчанов могла возникнуть и в среде духовенства, где семинаристам нередко давали фамилии искусственно, «по смыслу». В этом случае Мельчанов — калька с греческого или латинского слова, означающего «малый» (например, Микрос или Парвус). Однако такая версия менее вероятна: в духовных училищах чаще образовывали фамилии от церковных праздников или добродетелей, а не от прямого указания на внешность.

Географически фамилия тяготеет к Центральной России и Поволжью. В дореволюционных переписях Мельчановы встречаются среди крестьян и мещан, особенно в Казанской и Нижегородской губерниях. Встречается и вариант написания с одной «л» — Мечанов, но он редок и, скорее всего, возник из-за упрощения в произношении.

Сравните с однокоренными фамилиями: Мельников (от профессии), Мельниченко (украинская форма), Мельчаков. Мельчанов отличается именно суффиксом -ан-, который в русских фамилиях встречается реже, чем -як или -ак, что делает её узнаваемой, но не уникальной с точки зрения словообразования. Прозвище Мельчан могло закрепиться за человеком невысокого роста, а его потомки уже в XV–XVI веках получили фамилию по отцу.