Фамилия Мензелина — редкий случай, когда топоним стал фамилией напрямую, почти без изменений. В её основе лежит название города Мензелинск в Татарстане, а точнее — реки Мензеля, на которой он стоит. Прилагательное «мензелинский» со временем сократили, и получилась форма, закрепившаяся за выходцем из этих мест. Суффикс -ин здесь указывает на принадлежность: «Мензелина» буквально значила «женщина из Мензели» или «дочь мензелинца».

Такая модель образования — от названия города через усечённую основу — встречается нечасто. Обычно фамилии по месту жительства образуются с помощью суффиксов -ский/-цкий (Мензелинский) или -ов/-ев (Мензелев). Вариант Мензелина, скорее всего, возник в среде крестьян или мещан, где официальную фамилию могли записать «на слух», без привязки к книжному образцу. В документах XIX века жителей Мензелинского уезда нередко записывали просто по названию уезда или города, и женская форма закрепилась, если носительницей была вдова или дочь.

Лингвистически фамилия прозрачна: корень мензель- восходит к тюркскому «мәнзел» — «стоянка, станция, остановка». Название реки и города, вероятно, связано с тем, что в этих краях останавливались торговые караваны. Таким образом, предок человека с фамилией Мензелина мог быть не просто переселенцем из Прикамья, а человеком, чья семья жила на древнем торговом пути.

Встречается фамилия почти исключительно в Поволжье и на Урале, реже — в Сибири, куда переселенцы увозили память о малой родине. Мужской вариант — Мензелин — тоже существует, но значительно уступает по частоте женской форме, что необычно: обычно фамилии на -ин чаще фиксируются в мужском роде. Это лишний раз подтверждает, что фамилия могла закрепиться через женскую линию или при переписи населения, когда главы семейств отсутствовали.