Фамилия Мелкина образована по самой распространённой в русском языке модели — с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Мелка. Суффикс -ин добавляется к основам на -а/-я, поэтому фамилия означает «дочь или жена Мелки», а в более широком смысле — «человек из семьи Мелки». Мужской вариант фамилии — Мелкин.

Слово «мелка» в русских говорах имело несколько значений. В одном из них — это уменьшительное от «мелкий», то есть невысокий человек или ребенок. В другом, более интересном, — «мелка» могла означать мельницу для ручного помола, небольшую крупорушку. Прозвище Мелка могли дать либо человеку невысокого роста, либо владельцу или работнику такой мельницы. Третья версия связывает основу с глаголом «мелькать» — так могли назвать вертлявого, подвижного человека, который часто мелькает перед глазами.

Географически фамилия Мелкин (и её женская форма Мелкина) встречается в основном в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской и Костромской губерниях. Это косвенно подтверждает связь с северорусскими говорами, где слово «мелка» в значении «мельница» было употребительно. В южных и западных регионах фамилия редка.

С точки зрения социального происхождения, носители фамилии Мелкины в большинстве своём относились к крестьянскому сословию. В документах XVII–XVIII веков встречаются записи о крестьянах Мелкиных из разных уездов. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что типично для фамилий, образованных от прозвищ, а не от имён святых или знатных предков.

Интересно, что фамилия Мелкина не имеет ничего общего с еврейской фамилией Мелькина (от имени Мелькия), хотя на слух они похожи. Русская Мелкина — исконно славянская, с корнем «мелк-» (мелкий, мелькать). Ударение в ней, как правило, падает на первый слог: Ме́лкина, хотя в некоторых говорах возможно смещение на второй.