Фамилия Мельнюшкин образована от прозвища или имени Мельнюшка, а не напрямую от слова «мельник». Суффикс -ушк- (в форме Мельнюшка) — уменьшительно-ласкательный, как в словах «бабушка», «дедушка». Такая модель указывает на то, что исходное имя Мельня или Мельник превратили в домашнее, семейное прозвище: Мельнюшка — «маленький Мельник» или «сын Мельника». Суффикс -ин в фамилии Мельнюшкин — притяжательный: «чей?» — Мельнюшкин, то есть «сын Мельнюшки».

Основа фамилии — «мельн-» — прямо указывает на профессию или место работы. Мельник на Руси был фигурой заметной, часто жил на отшибе, у воды, и нередко обладал и ремесленными навыками (починить жернов, наладить привод). Прозвище Мельнюшка могло закрепиться за сыном мельника, который помогал отцу, или за человеком, жившим на мельнице. Важно, что суффикс -ушк- в фамилиях встречается нечасто: он характерен скорее для северных и северо-восточных регионов России, где была распространена «окающая» речь и ласкательные формы имен. Поэтому Мельнюшкины — это, скорее всего, выходцы из Поморья, Вологодчины или Архангельской губернии.

В написании фамилии возможны варианты: Мельнюшкин и Мельнюшкин (с ударением на первый или второй слог). Ударение в исходном прозвище Мельнюшка, скорее всего, падало на первый слог (как в «бабушка»), но в фамилии могло сместиться. В современных справочниках фамилия фиксируется как редкая: по данным открытых источников, носителей Мельнюшкиных в России — несколько сотен человек, и большинство живет в Кировской области и на Урале, что косвенно подтверждает версию о северном происхождении.

Однокоренные фамилии — Мельников, Мельничук, Мельниченко — образованы по другим моделям. Мельнюшкин стоит особняком из-за редкого суффикса. Если Мельников мог получить человек, работавший мельником, то Мельнюшкин — скорее потомок того, кого в семье ласково называли «мельничий сынок» или «маленький помощник на мельнице».