Фамилия Мельницын происходит от прозвища Мельница. Словарь Даля определяет мельницу как устройство с жерновами для размола зерна, но в основе фамилии лежит не сам механизм, а человек, который с ним работал. Прозвище Мельница закреплялось за мельником — владельцем или работником мельницы, и было распространённой практикой называть человека по его ремеслу. Потомки такого мастера со временем получили фамилию Мельницын.

Модель образования здесь простая и типичная для русских фамилий: к основе Мельниц- добавили суффикс -ын, который указывает на принадлежность. Буквально Мельницын означает «сын Мельницы», то есть ребёнок того, кого звали Мельницей. Суффикс -ын чаще встречается в северных и центральных русских говорах, где он конкурировал с более распространённым -ов. Поэтому Мельницын — вариант, который звучит несколько архаично и сохраняет отпечаток региональной речи.

Прозвища по профессии давали не только самому мастеру, но и его домочадцам. Мельник был фигурой заметной: его услуги нужны всем, но отношение к нему часто было настороженным. Мельница считалась местом, где собирается народ, идёт торговля и обмен новостями, а сам мельник нередко воспринимался как человек себе на уме. Это могло добавить прозвищу Мельница дополнительный оттенок — так могли назвать не только ремесленника, но и хитрого, деловитого мужика.

Стоит отличать Мельницына от похожих фамилий. Мельников и Мельниченко образованы от того же корня, но другими суффиксами, и они встречаются чаще. Мельницын — более редкая форма, и её редкость как раз и говорит о том, что прозвище закрепилось в одной конкретной местности и передавалось по наследству без изменений.

Точных сведений о первых носителях фамилии нет, но можно уверенно сказать, что предки Мельницыных жили там, где были водяные или ветряные мельницы, и их род занятий был связан с помолом зерна. Это была не самая бедная и не самая зависимая профессия — мельник обычно имел свой достаток и положение в общине.