Фамилия Мелишихин — редкий пример, где суффикс говорит больше, чем корень. Модель на -ихин указывает на северный или северо-восточный ареал бытования: такие фамилии (с суффиксом -их- и последующим -ин) чаще всего встречались в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях, а также в Сибири, куда их принесли переселенцы. В отличие от массовых -ов и -ин, эта модель сохранила отпечаток местной традиции: сначала образовывалось прозвище или внутрисемейное имя в форме притяжательного прилагательного (например, «Мелишиха» — жена или вдова Мелиши), а от него — фамилия, отвечающая на вопрос «чей?»: «сын Мелишихи» — Мелишихин.

Корень «Мелиш-» скорее всего восходит к разговорному варианту имени Мелентий (греч. «заботящийся») или, реже, к Емельян. В народной речи эти имена редуцировались: Мелентий превращался в Мелю, Мелюшу, а Емельян — в Емелю, Мелю. Форма «Мелиш» могла закрепиться как прозвище, а затем стать основой для фамилии. В пользу этой версии говорит то, что в тех же северных говорах известны фамилии Мелишев, Мелихов, Мелишин — все они от одного гнезда имён.

Менее вероятна, но не исключена связь с прозвищем от слова «мель» или «мелить» (говорить вздор, молоть чепуху) — в диалектах «меля» означало пустомелю. Однако для прозвищного корня в фамилиях чаще используют суффикс -ин, а не -ихин, поэтому версия с уменьшительным именем выглядит убедительнее.

Социально фамилия Мелишихин, судя по модели, принадлежала крестьянской или посадской среде. В дворянских родах такая форма не фиксируется. Если искать однофамильцев, то в переписях XIX века носители этой фамилии встречаются в Вологодской и Пермской губерниях, что подтверждает её северное происхождение. В современной России фамилия остаётся малочисленной — около нескольких сотен человек, в основном на Урале и в Сибири.

Коротко: предок носителя фамилии Мелишихин был, скорее всего, сыном женщины по прозвищу Мелишиха, а та — женой или дочерью человека по имени Мелиш (от Мелентий или Емельян). Фамилия хранит память о северорусской диалектной традиции, где уличные имена переходили в официальные через женскую форму.