Фамилия Мельцанская — один из тех случаев, где географическая привязка говорит больше, чем разбор корня. Это типичная «географическая» фамилия, образованная от названия населённого пункта. Основа здесь — топоним Мельцаны, Мельцанка или похожий. Судя по распространённости корня, скорее всего, речь о деревнях в западной части России, Беларуси или на Украине, где встречаются названия с балтским или финно-угорским следом (сравните с литовским «melžti» — доить, или с названиями рек на -ца). Формант -ск- в окончании указывает на польскую или западнорусскую модель образования фамилий: дворянин или шляхтич получал фамилию по названию своего имения (Мельцанский → Мельцанская). Женская форма на -ая закрепилась в русской традиции, но сама фамилия могла возникнуть в среде польской или белорусской шляхты, а позже перейти в мещанское или крестьянское сословие.

Суффикс -ан- в основе не случаен. В ономастике он часто встречается в названиях поселений, образованных от личного имени или прозвища. То есть Мельцаны могли быть «местом людей Мельца» — человека с прозвищем Мелец, Мельцо (от «мель» — мелкий, невысокий, или от глагола «мельчить»). Вторая версия, менее вероятная, но возможная — связь с еврейскими фамилиями на -цан (от местечка Мельц в Галиции), однако окончание -ская для ашкеназских фамилий нехарактерно, поэтому версия с восточнославянским или польским корнем надёжнее.

В документах фамилия встречается редко, что типично для локальных дворянских или однодворческих фамилий. Носители Мельцанской — почти наверняка потомки людей, которые когда-то владели или жили в небольшом поместье Мельцаны. Сословно — скорее мелкопоместные дворяне, позже смешавшиеся с разночинцами. Если искать аналоги, то ближайшие родственные фамилии — Мельцанский, Мельцанов, Мельцево. Разница в суффиксе (-ский против -ов) как раз и выдаёт происхождение: -ский — от названия места, -ов — от прозвища или имени отца.