Фамилия Помельничий — редкий случай, когда прозвище, профессия и фамилия почти не изменились за столетия. В её основе лежит слово «мельник» в одной из диалектных форм: «помельник» или «помельничий». Так в северных и центральных губерниях России называли не самого владельца мельницы, а его помощника, работника при мельнице — человека, который «помельничал», то есть помогал молоть зерно, обслуживал механизмы. Суффикс -ий указывает на принадлежность: «помельничий» буквально значило «тот, кто при мельнице, кто относится к мельничному делу».

Словообразовательная модель фамилии нестандартна. Большинство русских фамилий на -ий (типа Боярский, Извозчичий) закрепились в форме прилагательного, но Помельничий — скорее субстантивированное прилагательное, которое стало прозвищем, а затем и фамилией. Такие формы редко встречаются в официальных документах и чаще бытовали в устной речи, что делает фамилию ценной для историков языка. По сути, это застывшее обозначение должности, почти без изменений.

В отличие от более распространённых Мельников, Мельниченко или Мельничук, фамилия Помельничий географически привязана к регионам, где говорили на «окающих» говорах и где приставка по- в названиях профессий была нормой: «помельник», «повар» (в значении «поварёнок»), «подпасок». Скорее всего, предки носителей этой фамилии жили на севере или северо-востоке России — в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях. Там мельничное дело было развито, и помощники мельника составляли заметную прослойку крестьянского населения.

Есть и другая, менее вероятная версия: фамилия могла произойти от прозвища Помельничий, данного человеку, который часто бывал на мельнице, любил там проводить время или отличался мучнистой внешностью. Но она уступает профессиональной гипотезе, так как в основе лежит конкретная лексическая единица, а не метафора.

Фамилия не относится к дворянским или купеческим — это типично крестьянская фамилия, возникшая в среде людей «чёрного» труда. Её редкость объясняется тем, что в большинстве регионов России помощника мельника называли просто «мельников работник» или «мельничный», а форма «помельничий» осталась локальной. Носители этой фамилии сегодня могут с уверенностью сказать: их предок был не хозяином, а мастеровым человеком, который стоял у жерновов и знал цену муке.