Фамилия Мельнюшкина — женская форма фамилии Мельнюшкин. Её основа не так прозрачна, как может показаться на первый взгляд, и это делает её особенно интересной для этимолога. Вопреки ожиданию, корень здесь не «мельн-» в значении «мельница». Скорее всего, перед нами производное от имени или прозвища Мельнюк, которое, в свою очередь, образовано от канонического имени Емельян (разговорная форма — Мельян). Суффикс -юк- характерен для украинской, белорусской и южнорусской ономастики: он указывал на молодого человека или сына (как -енко или -ович). Таким образом, Мельнюк — это «малый Мельян» или «сын Мельяна», а Мельнюшкин — уже «чей-то сын Мельнюка».

Модель образования фамилии двойная. Сначала от имени Мельян (Емельян) через уменьшительно-патронимический суффикс -юк- появилась фамилия Мельнюк. Затем от неё, уже по русской модели, добавился суффикс -ин, дающий значение принадлежности: Мельнюшкин буквально значит «(сын) Мельнюка». Такая цепочка — редкий случай, когда фамилия вобрала в себя два патронимических суффикса, и это указывает на её позднее оформление, возможно, в среде, где смешивались украинская и русская традиции.

Географически фамилия Мельнюшкин тяготеет к южным областям России и пограничью с Украиной (Белгородская, Курская, Воронежская области). В этих краях имя Емельян было распространено, а суффикс -юк- — обычное явление. Встречаются варианты написания через «а» — Меланюшкин, что подтверждает связь с народной формой Мелан (от Емельян). Связь с мельницей, хотя и напрашивается, лингвистически маловероятна: от слова «мельница» образовались бы фамилии Мельниченко, Мельников, Мельничук, но не Мельнюк. Ударение в фамилии чаще всего падает на второй слог: МельнЮшкин.