Фамилия Мелерзанова — редкий случай, когда в основе лежит не русское имя или прозвище, а сложное слово, скорее всего, заимствованное. На первый взгляд бросается в глаза необычный суффикс: не типичные -ов, -ев или -ин, а -анова. Это указывает на то, что фамилия образована не от мужской формы (Мелерзан), а от женского имени или прозвища (Мелерзана). В русской традиции так закрепляли фамилии за вдовами или дочерьми, когда глава семьи умер или не оставил прямого наследника по мужской линии, либо в некоторых регионах, где женские формы были распространены шире.

Корень «Мелер-» вызывает вопросы. Он не встречается ни в славянских именах, ни в тюркских прозвищах в чистом виде. Наиболее правдоподобная версия — это искажённое немецкое или еврейское имя. Например, фамилия могла произойти от немецкого «Müller» (мельник) с добавлением окончания, которое в устной речи трансформировалось в «Мелер». Вторая часть — «-зан» — может быть вариантом имени Зан (Занна) или тюркского «зан» (душа, жизнь). Таким образом, Мелерзана — это сложное имя, означающее что-то вроде «мельничная душа» или, если брать еврейский контекст, «мельник по имени Зан». В любом случае, предок носительницы фамилии был, скорее всего, мельником, а сама фамилия закрепилась в среде поволжских немцев или еврейских общин, где такие композиты были обычны.

Географически фамилия тяготеет к югу России и Поволжью. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках Саратовской, Самарской губерний и Астраханской области встречаются записи о Мелерзановых — семьях немецких колонистов или крещёных татар, которые взяли фамилию по прозвищу главы дома. После революции часть носителей могла сменить написание на более «русское» (например, Мельерзановы), но исходная форма сохранилась именно в тех местах, где смешивались немецкие и тюркские языки.

В отличие от фамилий с однозначной этимологией (вроде Кузнецов или Иванов), Мелерзанова — это ономастический гибрид. Если бы не женский суффикс, её можно было бы принять за вариант «Мелерзанов» — от мужского имени Мелерзан, но именно окончание -а выдает историю: либо женщина была главой семьи в момент фиксации фамилии, либо в роду была традиция передавать фамилию по материнской линии. Сегодня фамилия крайне редка — по открытым данным, в России её носят не более нескольких десятков человек, в основном в Волгоградской и Ростовской областях.