Мельчененков — редкая русская фамилия, которая ставит перед исследователем сразу несколько вопросов. Первое, что бросается в глаза, — нестандартный суффиксальный ряд: -енков при основе на -ен-. В русской ономастике фамилии на -енков обычно образуются от основ на -еня (например, Феденя → Феденков). Но здесь основа — Мельчен-, что указывает на исходную форму Мельченко или Мельченя.

Самый вероятный путь: отчество от прозвища или имени Мельченя (уменьшительное от Мельча, Мелька, которые в свою очередь — краткие формы крестильного имени Мелентий). Мелентий — греческого происхождения («заботящийся»), но в народе имя переосмыслили и связали с глаголом «молоть» или существительным «мельник». Отсюда и форма Мельченя — как «сын мельника» или «маленький мельник». Дальше по цепочке: Мельченя → Мельченков («чей?» — сын Мельчени).

Менее правдоподобная версия — прямая связь с профессией мельника через суффикс -енок (Мельчонок → Мельченков). Но форма Мельченков, а не Мельчонков, говорит о том, что в основе лежало имя на -еня, а не прозвище на -ёнок.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и западнорусским областям, где были распространены фамилии на -енко, а их «обрусение» на -ов давало формы вроде Мельчененков. То есть изначально носитель мог быть Мельченко (с Украины или Белоруссии), а его потомки, переселившись в великорусские губернии, получили фамилию по отцу: Мельченко → Мельченков.

Таким образом, предки современных Мельчененковых с большой вероятностью были либо потомками человека по прозвищу Мельченя (возможно, сына мельника), либо выходцами из украинских земель, чью фамилию адаптировали под русскую модель. Точных сведений о сословной принадлежности нет — фамилия могла встречаться и у крестьян, и у мещан, но её редкость говорит о том, что род был немногочисленным и локальным.