Фамилия Мельчугов имеет русское происхождение и относится к группе фамилий, образованных от прозвищ. В основе фамилии лежит прозвище Мельчуг, которое, вероятно, связано с диалектным словом «мельчук» (или «мельчуг»), означающим «мелкий, низкорослый человек». Такие прозвища часто давались людям невысокого роста или имевшим какие-либо особенности телосложения. Суффикс «-ов» указывает на принадлежность: «чей?» — Мельчугова сына, то есть потомка Мельчуга.
Фамилия Мельчугов является относительно редкой. По данным современных исследований, она встречается преимущественно в центральных и северных регионах России, а также в некоторых областях Украины и Беларуси. В исторических документах фамилия фиксируется с XVII века, например, в переписных книгах Новгородской земли упоминаются крестьяне с фамилией Мельчуговы.
Этимологически фамилия связана с корнем «мелк-» (мелкий), который в диалектах мог трансформироваться в «мельч-». Аналогичные фамилии: Мельчаков, Мельченков, Мельчуков. Вариант с суффиксом «-уг» (Мельчуг) характерен для севернорусских говоров.
Источники: Унбегаун Б. О. «Русские фамилии»; Никонов В. А. «Словарь русских фамилий»; переписи, избирательные списки и архивные описи.