Фамилия Мельныченко образована по одной из самых продуктивных моделей украинской ономастики: от названия профессии с помощью патронимического суффикса -енко. Буквально она означает «сын мельника» или «потомок того, кто работал на мельнице».

Основа фамилии — украинское слово «мельник» (в диалектах и старой орфографии — «мельнык»). Суффикс -енко в украинской традиции указывал на прямую родственную связь: так называли детей, а позже — внуков и более дальних потомков. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые фиксировали принадлежность главе семьи («мельников сын»), украинская модель на -енко закрепляла прозвище за потомком и быстро превращалась в наследственную фамилию.

Написание Мельныченко через «ы» — не ошибка, а отражение украинского произношения и старой кириллической традиции, где на месте современного «и» писали «ы» после твердых согласных. В русском языке фамилию иногда адаптируют к привычной графике — Мельниченко. Оба варианта восходят к одному корню, но форма с «ы» точнее передаёт исходное украинское звучание.

Географически фамилия распространена в центральных и восточных областях Украины, а также в южных регионах России, куда переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. Ремесло мельника было повсеместным, но не массовым: мельница обычно обслуживала несколько деревень, поэтому прозвище Мельник давали не каждому второму, а конкретному человеку, что делало фамилию достаточно узнаваемой.

В отличие от фамилий на -ов, Мельныченко сохраняет прямую связь с профессией, а не с именем отца. Это типичный случай, когда социальный статус предка (мельник — человек зажиточный, уважаемый, грамотный) закрепился в родовом имени. Никаких альтернативных версий — от личных имён или географических названий — для этой фамилии нет: корень прозрачен, суффикс стандартен, значение очевидно.