Фамилия Замэлынский — редкий случай, когда написание сразу подсказывает географическую привязку. Буква «э» после «м» почти наверняка указывает на западнорусское или польское происхождение: в польском языке после твёрдых согласных пишется «e», а не «э», но в русской передаче фамилий с территории бывшей Речи Посполитой (современные Беларусь, Украина, восток Польши) «э» могло закрепиться как графический след местного произношения или диалектного звучания.

Основа фамилии — топоним Замэлын (или Замэлынь). Судя по суффиксу «-ын-», это название села или усадьбы, стоящей «за Мэлыном» — то есть за мельницей. В польском и белорусском языках «млын» (młyn) означает мельницу. Вариант «Мэлын» — диалектная форма, распространённая в говорах Полесья и Волыни. Таким образом, первый носитель фамилии — человек, который жил за мельницей или владел землёй рядом с ней. Суффикс «-ский» в этой модели (Замэлын-ский) — типичный для шляхетских фамилий на восточных землях Речи Посполитой: он указывал на принадлежность к месту, а не на происхождение от отца.

Словообразовательно фамилия прозрачна: приставка «за-» + корень «мэлын» + суффикс «-ск-» + окончание «-ий». Это оттопонимическая фамилия, образованная по той же схеме, что и Загорский, Запольский, Заболоцкий. Но если «Загорский» встречается часто, то «Замэлынский» — штучный экземпляр, что говорит о локальном бытовании: скорее всего, предки жили в одном небольшом селе и не расселялись широко.

В польских ономастических словарях фамилия Zamęłyński (с носовой гласной «ę») фиксируется как вариант с тем же корнем. В русском написании «э» могло возникнуть при адаптации польского «ę» (которое в белорусских говорах произносилось как «э» или «я»). Другой, менее вероятный вариант — связь с личным именем Мэлын (редкое западнорусское имя, от «молния» или «мельник»), но тогда фамилия была бы не «Замэлынский», а «Мэлынский» — приставка «за-» здесь лишняя, что делает топонимическую версию единственно убедительной.

Социальный контекст: фамилии на «-ский» в XVIII–XIX веках часто носили мелкопоместная шляхта, однодворцы или крестьяне, получившие фамилию по месту жительства при переписях. Замэлынские вряд ли принадлежали к высшей аристократии — слишком редкая и узко локальная основа. Скорее всего, предки были мельниками или арендаторами земли у мельницы, а фамилия закрепилась за их потомками как указание на родовое гнездо.

Поскольку фамилия не входит в списки массовых, её носители сегодня — это потомки одной или нескольких семей, рассеянных по Украине, Беларуси и, возможно, восточной Польше. Встретить Замэлынского в России или Сибири — результат миграций конца XIX — начала XX века.