Фамилия Мельштейн — яркий пример ашкеназской фамилии немецкого происхождения, образованной по модели сложения двух корней. Первая часть, «Мель», восходит к немецкому «Mühle» — «мельница». Вторая часть, «штейн», означает «камень» (нем. Stein). Таким образом, буквальное значение фамилии — «мельничный камень» или «жёрнов». Это типичная «ремесленная» фамилия, указывающая на занятие предка: скорее всего, он был мельником или камнетёсом, который изготавливал жернова.

Суффикса, привычного для русских фамилий, здесь нет — Мельштейн относится к типу «немецких» фамилий восточноевропейских евреев. В XIX веке, когда в Российской империи евреям предписали закрепить наследственные фамилии, многие ашкеназы получили или выбрали фамилии на немецкий манер. «Мельштейн» — не географическая фамилия (как Берлин или Варшава), а описательная, от предмета. Аналогичные по модели фамилии — Мельман (человек с мельницы), Мельцер (мельник), а также Штейн (камень) или Гольдштейн (золотой камень).

Интересно, что фамилия могла возникнуть и как искусственная, «декоративная»: в конце XIX века некоторые еврейские семьи брали красиво звучащие немецкие слова, не обязательно связанные с их профессией. В таком случае «Мельштейн» — просто благозвучное сочетание, призванное подчеркнуть статус или образованность. Однако версия с ремеслом более вероятна: жернов — ключевой предмет мельничного дела, и прозвище «Мельштейн» могло закрепиться за человеком, который с ним работал.

Географически фамилия распространена среди евреев бывшей черты оседлости — Украины, Белоруссии, Польши, а также в Германии. После эмиграции конца XIX — начала XX века носителей фамилии можно встретить в США, Израиле и Аргентине. В России фамилия редкая, но встречается, особенно в западных регионах. Известных однофамильцев, вошедших в крупные энциклопедии, немного, что делает фамилию скорее «частной» и семейной, чем публичной.