Фамилия Мельников прямо отвечает на вопрос, кем был её первый носитель: мельником. Прозвище Мельник, от которого она образована, в старину давали человеку, который работал на мельнице или владел ею. Это одно из тех «профессиональных» именований, которые закреплялись за человеком прочнее личного имени и со временем переходили к детям и внукам. Привычный суффикс -ов в конце фамилии — стандартная модель русских отчеств и фамилий, указывающая на принадлежность: Мельников буквально значит «сын Мельника».

С мельниками в народной культуре связано немало поверий. Считалось, что мельник водит дружбу с водяным, и чтобы задобрить духа, бросал в воду хлебные крошки, дохлых животных и другие подношения. Этот суеверный страх перед мельником делал его фигуру заметной и загадочной, что тоже помогало прозвищу закрепиться.

Фамилия получила широкое распространение после отмены крепостного права, когда перед государством встала задача дать фамилии бывшим крепостным. Чаще всего их записывали по занятию или ремеслу, поэтому Мельниковых в России много, и родство между разными семьями с этой фамилией вовсе не обязательно.

Среди Мельниковых были и дворяне. Один из них, Иван Мельников, поступил на службу в 1783 году, в 1812 году достиг чина действительного статского советника, а в 1828 году получил диплом на потомственное дворянство. Герб этого рода внесен во II часть «Общего гербовника дворянских родов Всероссийской империи»: в верхней лазурной части изображен золотой дуб с серебряным голубем, в нижней серебряной части — лазурный журавль, держащий золотой камень.

Фамилия дала России несколько заметных фигур. Авраам Иванович Мельников (1784–1854) — архитектор, работавший в стиле ампир. Александр Васильевич Мельников (1827–?) прославился как минер на третьем бастионе во время Севастопольской обороны, за что получил прозвище «севастопольский крот». Иван Александрович Мельников (1832–1906) — оперный певец, первый исполнитель партии Бориса Годунова в одноименной опере Мусоргского.