Леланд Мелвин завършва колежаHeritage High School в Линчбърг, Вирджиния през 1982 г. През 1986 г. завършва университета в Ричмънд, Вирджиния, с бакалавърска степен по химия. През 1991 г. получава магистърска степен по инженерна химия в университета на щата Вирджиния.
Служба в НАСА
Леланд Мелвин започва работа в НАСА през 1989 г. в научния център Лангли, Вашингтон. От 1994 г. е включен в екипа от изпитатели на експерименталния апарат Х-33. Избран е за астронавт от НАСА на 4 юни 1998 г., Астронавтска група №17. През август същата година започва обучението му в космическия център Линдън Джонсън, Хюстън, Тексас.
Полет
Леланд Мелвин лети в космоса като член на екипажа на две мисии STS-122 и STS-129: