Фамилия Меленина в своей основе содержит слово «меленина» или «меленя». В диалектах русского языка «меленя» — это вялый, медлительный, неповоротливый человек, иногда — разиня. Прозвище Меленя или Мелена давали тому, кто делал всё неспешно, тянул время, был флегматичным по характеру. От этого прозвища и образовалась фамилия с помощью типичного русского суффикса принадлежности -ин, указывающего на родство: «чей?» — Меленин, то есть сын или потомок Мелены.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с глаголом «молоть» или существительным «мельница». В некоторых говорах «меленя» могло быть прозвищем мельника — человека, работающего на мельнице. Однако эта гипотеза слабее: для прозвища мельника существовали более прямые и распространённые формы (Мельник, Мельников), а «меленя» в значении «медлительный» встречается в северных и сибирских говорах, что даёт более надёжную географическую привязку.

По модели образования фамилия Меленина — типичная «патронимическая» (от прозвища отца), характерная для крестьянской и мещанской среды. Суффикс -ин, а не -ов, указывает на то, что основа заканчивалась на гласный или мягкий согласный (Мелена → Меленин). В женской форме Меленина фамилия закрепилась как стандартное окончание для женщин, хотя исторически могла означать «жена Меленина».

Стоит обратить внимание на редкую особенность: фамилия не имеет очевидной «профессиональной» параллели вроде Мельников или Мельниченко. Если бы предок был мельником, фамилия, скорее всего, звучала бы иначе. Поэтому прозвищное происхождение — от черты характера — остаётся самым правдоподобным. Носители фамилии Меленина исторически могли проживать в северных и центральных областях России, где диалектное слово «меленя» было в ходу.