Фамилия Мельгина — женская форма фамилии Мельгин, и её происхождение стоит искать не в очевидном «мелком» или «мельнице», а в редком и почти забытом слове. Основа фамилии — прозвище или мирское имя Мельга. В русских говорах, особенно на северо-западе и в Приуралье, «мельга» означало «мель», отмель на реке, а также «мелкое место» в переносном смысле. Человека могли прозвать Мельгой за невысокий рост, за привычку ходить по мелководью или — что интереснее — за образ жизни, связанный с рекой: рыбак, лоцман, перевозчик на мелких речных участках.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Мельгин — сын Мельги. Модель образования типична для русских фамилий от прозвищ, оканчивающихся на -а, -я. Фамилия редкая, нераспространённая, что говорит о локальном происхождении: скорее всего, она возникла в одном из северных регионов — в Архангельской, Вологодской или Вятской губерниях, где речной промысел был основой хозяйства и где слово «мельга» бытовало в живой речи.

В ономастических работах Б. Унбегауна и В. Никонова фамилия Мельгин не упоминается в списке частых, что подтверждает её штучный характер. Важно не путать её с однокоренными Мельников или Мельниченко — те связаны с мельницей. Здесь же корень другой, гидронимический: «мель» как речной термин. Встречается также вариант ударения: Мельгина́ — на последний слог, что может указывать на южнорусскую или украинскую адаптацию, но для основной версии это маловероятно.

Если искать параллели, то фамилия Мельгин стоит в одном ряду с такими редкими «речными» фамилиями, как Омулёв, Затонский, Перекатов. Предок-носитель фамилии Мельгин, скорее всего, жил на берегу, знал местные отмели и перекаты, и прозвище закрепилось за ним как профессиональная или топографическая метка. Никаких дворянских корней или известных исторических личностей за фамилией не числится — это чисто народная, бытовая фамилия, сохранившаяся в нескольких семьях.