Фамилия Меленченко — характерный пример фамилии, образованной по восточноукраинской модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской ономастике, изначально имел значение «маленький, сын такого-то» (как уменьшительно-патронимический). Однако к XIX веку он превратился в чисто фамильный формант, указывающий на происхождение рода из земель современной Украины, особенно из её центральных и восточных областей. Таким образом, Меленченко — это «сын Меленка» или «потомок Меленка».

Основа фамилии — Меленко — это, скорее всего, патронимическая или гипокористическая (уменьшительная) форма от имени Мелентий (каноническое Мелетий). Имя Мелетий греческого происхождения (от «мелетао» — заботиться, печься) и в святцах связано с несколькими святыми. В народной речи оно сокращалось до Мелен, Меленко, Меленок. Отсюда и пошла цепочка: человек по имени Мелентий в быту звался Меленко, а его дети — Меленченки (то есть «Меленковы»).

Есть и вторая, менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным словом «меленка», что в некоторых говорах означало небольшую мельницу. В таком случае прозвище Меленко мог получить сын мельника или человек, живший у маленькой мельницы. Однако с учётом распространённости суффикса -енко именно в патронимической функции, версия от имени Мелентий выглядит убедительнее: она объясняет и форму, и типичный для региона способ образования фамилий.

Фамилия не относится к числу древних дворянских — такие фамилии на -енко в массе своей закрепились за крестьянским и казацким населением Малороссии в XVII–XVIII веках. Среди носителей фамилии Меленченко нет громких исторических фигур, вошедших в энциклопедии, но это не редкость: большинство русских и украинских фамилий именно такие — «народные», не попавшие на страницы книг, но сохранившие память о конкретном человеке, его имени или занятии.