Фамилия Мельянцов — редкий случай, когда за основу взято не имя, а, скорее всего, прозвище или профессиональное занятие, причём с неочевидным суффиксом. Чтобы понять её корень, нужно отбросить окончание -ов и посмотреть на основу «Мельянц-». Это нестандартная форма: в русских фамилиях суффикс -ец обычно даёт варианты вроде Мельников (от мельник) или Мельниченко (от мельничий), но здесь мы видим «Мельянец».

Самый прямой путь — от слова «мельян» или «мельянец». В южнорусских и белорусских говорах так могли называть человека, который работает на мельнице, но не владеет ею, а нанимается: мельничный работник, подручный, «мельян» — упрощённая народная форма от «мельник». Суффикс -ец в прозвище Мельянец указывал на принадлежность к месту или занятию (ср. «кузнец», «гребец»), а затем фамилия Мельянцов закрепила отчество: «чей?» — сын Мельянца.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с именем Мелентий (греческое «заботливый»). В народном произношении Мелентий мог превратиться в Мельян, а от него — Мельянец. Но против этой гипотезы говорит то, что фамилии от канонических имён обычно образуются проще (Мельников — от Мельник, а не через промежуточное прозвище). Первая версия — с профессиональным корнем — выглядит убедительнее.

Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины: Курская, Воронежская, Ростовская области, а также бывшие земли Войска Донского. Там мельничное дело было распространено, а говор допускал стяжение «мельник» → «мельян». Фамилия редкая, в списках дворянских родов не встречается, что указывает на крестьянское или казачье происхождение предков — людей, чья жизнь была связана с мельницей, мукой и хлебом.