Фамилия Замелюхина — женская форма фамилии Замелюхин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Замелюха. Ключ к его значению — корень «-мел-», который в восточнославянских говорах имеет два основных значения: «молоть, измельчать» и «мелкий, небольшой».

Первая и самая вероятная версия связывает прозвище с глаголом «молоть». Замелюхой могли назвать человека, который постоянно что-то мел, толок или растирал — например, мельника, крупорушника или того, кто занимался помолом зерна дома. В этом случае приставка «за-» могла означать начало действия («замелю» — тот, кто начинает молоть) или указывать на излишнюю увлеченность процессом. Менее распространённая гипотеза отталкивается от прилагательного «мелкий». Замелюха — человек невысокого роста, худощавый, либо тот, кто занимается мелкими, дробными делами (например, торговлей вразнос). Слово «мелюзга» в том же ряду.

Фамилия образована по продуктивной модели с суффиксом -ин, который в русских фамилиях указывает на принадлежность: «чей сын?» — Замелюхин, то есть сын Замелюхи. Суффикс -их- в основе (Замелюх-а) характерен для прозвищного именования, часто с оттенком просторечия или пренебрежения.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским регионам, где активно бытовали говоры с чередованием корней «мел-/мол-» и где мельничное дело было распространено. Встречается также в среде старообрядцев, где прозвища часто сохраняли архаичные формы.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Мелюков, Мелков, Мельников — показывает, что Замелюхин стоит особняком из-за редкой приставки «за-». Она не просто добавляет оттенок, а меняет смысл: если Мельников — это прямая профессиональная фамилия, то Замелюхин — прозвище, которое могло закрепиться за конкретным человеком с яркой манерой поведения, а не за целым ремеслом.