Фамилия Мельзетдинова — редкий и интересный случай, указывающий на восточное, скорее всего тюрко-татарское происхождение. Её основа — арабское имя Мельзетдин (или Мальзетдин), которое представляет собой вариант более распространённого Малик ад-Дин (араб. «царь веры» или «владыка религии»). В русской передаче имя могло исказиться до формы «Мельзетдин» из-за особенностей произношения в татарском или башкирском языке, где звук «а» часто редуцируется или переходит в «е».

Суффикс «-ова» указывает на принадлежность: Мельзетдинова — буквально «дочь (или жена) Мельзетдина». Это типичная русская патронимическая модель, адаптированная для иноязычной основы. В отличие от фамилий на «-ин» или «-ов», которые обычно образуются от славянских имён, здесь мы видим механическое присоединение суффикса к готовому тюркскому антропониму, что характерно для регионов Поволжья и Приуралья, где русская администрация в XVIII–XIX веках фиксировала фамилии местных народов.

Географически фамилия тяготеет к Татарстану, Башкортостану и соседним областям. Встречается она редко — носителей можно пересчитать по пальцам, что подтверждает её локальный характер. Споров о происхождении практически нет: все версии сходятся к арабскому корню «м-л-к» (владеть, царствовать). Альтернативное объяснение, что это искажённое «Мельзет» от тюркского слова со значением «сладкий» или «приятный», лингвистически слабое — суффикс «-дин» (вера) в составе имени слишком явный.

История фамилии — это история исламизации и русификации: предок носителя, вероятно, был мусульманином, носившим имя с религиозным смыслом, которое затем попало в русскую документацию и получило стандартное окончание. Социальный статус мог быть разным — от крестьянина до купца, но точных данных нет, так как фамилия не попала в массовые переписи.