Se trata de un topónimo tan complejo como interesante. En principio es explicable como compuesto de dos elementos. El primero es melgar un sustantivo de significado colectivo-abundancial que figura como tal incluso ahora en el DRAE, pues un melgar es un "campo abundante en mielgas", siendo mielga una planta herbácea anual de la familia de la papilionáceas, semejante a la alfalfa. La palabra es de origen latino, como el propio sufijo que indica este valor abundancial-colectivo. Se ha señalado también la posibilidad, siempre con este valor colectivo-abundancial, de que se trate no de un derivado de mielga, sino de otra voz castellana tan semejante a esta como amelga. Esta voz designa una "faja de terreno que el labrador señala en la haza para esparcir la simiente con igualdad", según definición del DRAE reproducida en DCECH s.v. La palabra es de origen desconocido, aparentemente no latino, por lo que se propone un origen celta. La palabra tiene o tuvo muchas variantes dialectales del tipo melga, belga, embelga, etc., por lo que sería totalmente posible que de una variante con aféresis de /a/ surgiera el colectivo en -ar presente en Melgar. No es fácil decidirse entre ambas posibilidades, pero en principio parece más verosímil que se trate de la primera palabra, esto es, que estemos ante un colectivo fitonímico, pues el sufijo es muy frecuente en este campo léxico. 

El segundo elemento es ya más claro, aunque presenta muchas variantes fonéticas y morfológicas en la amplia y antigua documentación de que disponemos para este topónimo. Se trata del nombre compuesto del señor que dio fuero a la villa. Fue, en efecto, Fernando, Fernán, Ferrán, Hernán (pues todas estas variantes tuvo y sigue teniendo el nombre Fernando) Armentález o Armentales. A veces incluso nos aparece en esta documentación precedido del tratamiento Don, y así Don Fernan Armentález y variantes. A su vez este apellido Armentález o Armentales  procede, con la adición del usual sufijo en -ez del antropónimo Armentar, de origen latino. El paso de /r/ a /l/ puede deberse a disimilación de /r/ final respecto de la de la primera sílaba.