Фамилия Метельникова хранит память о занятии или прозвище дальнего предка, и ответ на вопрос о её происхождении лежит в двух разных версиях. Первая, самая убедительная, связывает фамилию с прозвищем Метельник. Владимир Даль в «Толковом словаре живого великорусского языка» поясняет: метельник — это «тот, кто метет метлою, приставлен для этого, например, при вейке хлеба, при чистке улиц». То есть речь о человеке, чья работа была связана с уборкой, подметанием. Даль также упоминает и другое значение: метельником называли «приказного служителя, помощника вирника» — то есть человека при судебной или административной должности в Древней Руси, помощника того, кто собирал штрафы и судебные пошлины. В этом случае прозвище тоже указывает на род деятельности, но не на крестьянский, а на служебный.

Вторая гипотеза менее вероятна, но имеет право на существование. Согласно ей, в основе лежит не прозвище, а мирское имя Метельник, которое восходит к названию растения семейства бобовых — метельник. В языческой традиции такие имена давали детям, чтобы природа воспринимала ребёнка как своего, а вместе с именем к нему переходили полезные свойства растения. Однако для фамилии, закрепившейся за родом, прозвище по профессии встречается чаще, чем имя по растению, поэтому первая версия выглядит правдоподобнее.

Сама фамилия образована по стандартной для русского языка модели: к основе Метельник добавили суффикс -ов, а затем родовое окончание -а. Форма Метельникова указывает на женскую линию или на жену главы семьи, тогда как мужской вариант — Метельников. Такая модель типична для фамилий, сложившихся в XVI–XVII веках, когда прозвища отца переходили к детям и внукам. Потомок человека, которого звали Метельник, со временем получал фамилию Метельников, а его дочь или жена — Метельникова.

Редкость фамилии объясняется узостью профессии: метельники были не на каждом дворе, а в городах — приставленные к метле работники не всегда оставляли потомство с устойчивым прозвищем. Зато там, где фамилия встречается, она чётко указывает на предка-труженика, будь то подметальщик улиц, помощник при веянии хлеба или приказный служитель при вирнике.