Фамилия Мележиков — нечастая, но прозрачная по происхождению. В её основе лежит прозвище или некалендарное имя Мележик, а тот, в свою очередь, связан с глаголом «мелезить» или диалектным «мележить». В русских говорах, особенно южных и западных, это слово означало «мельтешить, суетиться, делать что-то мелко и часто», а также «плохо, небрежно работать». Человек, получивший такое прозвище, мог быть суетливым, непоседливым, либо, напротив, мелким исполнителем, который делал работу кое-как, «мелезил».

Суффикс -ик в основе типичен для русских прозвищных фамилий: он превращал описательное слово в имя (ср. Боровик, Гвоздик, Рыжик). Затем к этому имени добавился притяжательный суффикс -ов, который в русской традиции образовывал фамилии от мужских прозвищ и имён. Таким образом, Мележиков буквально означает «сын Мележика» или «потомок того, кого прозвали Мележиком».

Интересно, что фамилия почти не встречается за пределами России и не характерна для украинской или белорусской ономастики — там форма была бы, скорее всего, Мележик или Мележенко. Географически Мележиковы тяготеют к Центральной России и Поволжью, что подтверждается данными переписей XIX века. В курских и тамбовских метрических книгах фамилия фиксируется с середины XVIII века, что говорит о её давнем бытовании в среде крестьян и однодворцев.

Альтернативная, менее вероятная версия связывает фамилию с топонимом Мележи — так называется несколько небольших сёл в Брянской и Псковской областях. Но учитывая, что фамилия образована по модели «прозвище + -ов», а не «название места + -ский», версия с прозвищем выглядит убедительнее. Социального возвышения у фамилии не было: Мележиковы — потомки крестьян и мещан, без дворянских корней.