Фамилия Мельничкина — редкий случай, когда корень слова говорит о профессии, а суффикс — об истории семьи. В основе лежит слово «мельник», но не напрямую, а через уменьшительно-ласкательную форму «мельничка». Так в старые времена могли назвать не самого мельника, а его сына, подмастерья или просто человека, который работал на мельнице, но не был её хозяином. Суффикс «-к-» здесь выполняет двойную роль: он либо указывает на молодого, младшего по положению человека (сравните: «кузнец» — «кузнечка»), либо несёт оттенок прозвища — «мельничка» могли прозвать за маленький рост, суетливость или за то, что он жил при мельнице.

Фамилия образована по притяжательной модели с суффиксом «-ин». Вопрос «чей?» даёт ответ: «Мельничкин» — то есть сын или потомок того самого Мельнички. Окончание «-а» в женском роде — это грамматическая форма, а не указание на пол предка, поэтому носительницы фамилии могут быть уверены: их родовая линия идёт от мужчины с прозвищем Мельничка.

С точки зрения географии, фамилия тяготеет к центральным и южнорусским областям — там, где мельничное дело было распространено в крестьянской среде. В отличие от фамилии Мельников, которая встречается повсеместно и могла принадлежать как зажиточному мельнику, так и его работнику, Мельничкины — это почти всегда потомки мелких ремесленников или батраков. Прозвище «Мельничка» не давали хозяину мельницы, его скорее носил кто-то из младших членов семьи или наёмный человек.

Примечательно, что фамилия сохранила редкую словообразовательную цепочку: от «молоть» — «мельник» — «мельничка» — «Мельничкин». В говорах слово «мельничка» могло означать и небольшой ручной жернов, и женщину-мельничиху, но в основе фамилии лежит именно мужское прозвище. Это делает её более редкой, чем однокоренные Мельников или Мельниченко, и указывает на конкретный социальный слой — не владельцев, а работников мельничного дела.