Фамилия Меленин образована от прозвища или имени Меленя — так в старых русских говорах могли называть медлительного, вялого человека. Корень здесь — «мел-» в значении «медлить, мешкать, копаться». В словаре Владимира Даля зафиксирован глагол «мелеть» или «мелить» в значении «тянуть, не торопиться», а также слово «меленик» — мямля, копун. Таким образом, прозвище Меленя получал человек неторопливый, возможно, даже ленивый. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Меленин — «сын Мелени» или «из семьи Меленей».

Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с уменьшительной формой крестильного имени Мелентий (от греческого «мелон» — яблоко). В быту имя Мелентий могли сокращать до Меленя, и от этой формы пошла фамилия. Однако прозвищная версия выглядит убедительнее: фамилии от имён с суффиксом -ин обычно образуются от имён на -а/-я, а Мелентий даёт стандартную форму Мелентьев. Меленин же стоит в одном ряду с Копыловым, Медленниковым — фамилиями, которые прямо описывают черту характера.

Фамилия не относится к числу распространённых. Основной ареал бытования — северные и центральные области России, особенно Архангельская, Вологодская, Кировская губернии. В этих краях слово «меленя» в значении «копуша» действительно бытовало в диалектах. Встречаются и варианты написания — Меленев, но Меленин — основная форма.

В дворянских родословных книгах и списках служилых людей фамилия не зафиксирована. По-видимому, предки современных Мелениных — крестьяне или посадские люди, получившие фамилию по домашнему прозвищу.