Фамилия Мельгизин — редкий случай, когда корень слова не поддаётся однозначной славянской этимологии. В ней нет привычного суффикса -ов, -ев или -ин, что сразу указывает на нерусское происхождение. Скорее всего, перед нами фамилия, образованная от тюркского или финно-угорского прозвища, которое затем русифицировалось через окончание -ин, характерное для притяжательных форм в русском языке.

Наиболее вероятная версия связывает основу «Мельгиз» с тюркскими языками. В татарском, башкирском или казахском слово «мель» (мил, милә) может означать «просо» или «зерно», а «гиз» (гизә, киз) — «путешествовать», «ходить» или «бродить». Таким образом, прозвище Мельгиз могло получить человек, который ходил по деревням, торгуя зерном, или же странник, собиравший урожай. Вторая, менее распространённая гипотеза — от марийского «мель» (мӧл) — «мёд» и «гиз» (гыз) — «сосуд», то есть «медовый кувшин», что могло быть прозвищем бортника или пчеловода.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит в ряду таких же «одиночных» образований на -ин без славянского корня, как Алтынгин, Бурунгин или Карагин. Суффикс -ин здесь не отчество (как в Иванов — сын Ивана), а показатель принадлежности: «из рода Мельгиза». В русских документах такие фамилии чаще всего фиксировались у крещёных татар, башкир или чувашей, которые переходили в православие и получали фамилию по имени или прозвищу отца.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — регионам, где веками соседствовали русские, тюркские и финно-угорские народы. Встречается она крайне редко, что говорит о её локальном бытовании, возможно, в пределах одного или нескольких сёл. Сословно предки носителя фамилии, скорее всего, были государственными или экономическими крестьянами, реже — мещанами.

Иных версий — например, от личного имени Мельгиз (как вариант Мелкиз) — нет в доступных ономастических источниках. Спорным остаётся лишь точное значение корня: «зерновой странник» или «медовый человек». Первая версия кажется более правдоподобной, так как торговля зерном была распространённым занятием в аграрных регионах, а прозвище легко закреплялось за родом.