Фамилия Мельгачев — редкий случай, когда основа ясна, а путь, которым она попала в русский именослов, заставляет задуматься. В её сердцевине лежит тюркское мужское имя Мельгач (Милгач, Мальгач), которое в переводе означает «желанный», «прошеный у Бога». Так называли долгожданного, вымоленного ребёнка — обычная практика в кочевых и полуоседлых культурах, где детская смертность была высока, а рождение наследника считалось милостью свыше. Модель образования типична для русской фамильной системы: к основе на -а, -я добавили патронимический суффикс -ев (сын Мельгача). Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Мельга́чев.

Географически фамилия привязана к Поволжью и Приуралью — зоне активного контакта русского и тюркского населения. Носители фамилии Мельгачев встречаются в Башкортостане, Татарстане, Оренбургской и Челябинской областях. Это наводит на мысль, что предки могли быть крещёными татарами, башкирами или мишарями, которые при переходе в православие получили фамилию по имени отца. В отличие от множества фамилий на -ин, где основа — прозвище или профессия, Мельгачев хранит память именно о личном имени, причём не календарном, а дохристианском.

Интересно, что в старых метрических книгах и ревизских сказках XIX века форма могла писаться через «а» — Мальгачев, что отражает диалектное произношение: редуцированное «е» в безударной позиции звучало как «а». Родственные фамилии — Мельгазиев, Мальгасов, Мильгачев — встречаются гораздо реже и часто путаются при записи. Сословно носители фамилии в основном принадлежали к государственным крестьянам или тептярям — сословию, которое в Уфимской и Оренбургской губерниях составляли нерусские народы, платившие подати, но не нёсшие рекрутской повинности. Никаких дворянских родов с этой фамилией в гербовниках не зафиксировано, что только подтверждает её народное, крестьянское происхождение.