Urodził się w Waszyngtonie[2] w stanie Waszyngton jako najmłodszy z trójki dzieci Cecile Lydii (z domu Chagnon), gospodyni domowej, i dr. Charlesa Roberta Meloni, endokrynologa[3]. Ma brata Roberta i siostrę Michele[4]. Pochodzenie matki jest francusko-kanadyjskie, ojciec pochodzi z Sardynii (Włochy)[5]. Uczęszczał do St. Stephen’s School w Aleksandrii w stanie Wirginia. W 1983 ukończył studia na wydziale historii University of Colorado[6] w Boulder, gdzie studiował także aktorstwo. Następnie wyjechała do Nowego Jorku, gdzie kontynuował studia pod kierunkiem Sanforda Meisnera w słynnej szkole Neighborhood Playhouse[7], jak również w Center for the Media Arts.
Pracował jako robotnik budowlany, ochroniarz, barman, osobisty trener i na drabinie wieszał plakaty z reklamami[8].
Kariera
Po raz pierwszy pojawił się jako Ron Weston w dramacie telewizyjnym NBCKiedy będę kochana? (When Will I Be Loved?, 1990) ze Stefanie Powers i Katherine Helmond, a potem w sitcomieHBOJeden plus dziesięć (1st & Ten, 1989-90). Zwrócił na siebie uwagę rolą porywczego syna Boza Skanneta w serialu Ostatni don (The Last Don, 1997). W serialu HBO Oz (1998-2003) wcielił się w postać biseksualnego kryminalisty Chrisa Kellera, którą skupił na sobie wiele uwagi wśród mediów, szczególnie w społeczności gejowskiej, gdzie jest on uważany za symbol seksu[8]. W 1999 roku podczas kolacji na gali wręczenia nagród GLAAD Media Awards nawet żartobliwie pocałował swojego ekranowego partnera Lee Tergesena, który w serialu grał rolę Tobiasa Beechera[8].
31 maja 2006 w kasyno Harrah’s New Orleans w Nowym Orleanie wziął udział w ósmej serii programu telewizyjnego Bravo Celebrity Poker Showdown[8], kończąc na drugim miejscu, tuż za Robin Tunney, a przed Macy Gray, Joy Behar i Andy Dickiem. Z kolei 10 listopada 2006 roku również pojawił się w Celebrity Jeopardy!, pokonując serialowych kolegów Prawo i porządek: sekcja specjalna - Sama Waterstona i Kathryn Erbe. Meloni podzielił swoją wygraną 50 tys. dolarów na cele charytatywne - Big Apple Circus Clown Care Program i Montefiore Advocacy Center[8].
W 2006 został wybrany najseksowniejszym mężczyzną roku przez magazyn „People”[9]. 6 lipca 2006 roku został nominowany do swojej pierwszej nagrody Emmy w kategorii Najlepszy aktor w serialu dramatycznym, za rolę detektywa Elliota Stablera w serialu NBC: Prawo i porządek: sekcja specjalna (Law & Order: Special Victims Unit)[10]. Użyczył swojego głosu Halowi Jordanowi w filmie animowanym Zielona Latarnia: Pierwszy lot (Green Lantern: First Flight, 2009), w oparciu o postacie występujące w świecie DC Comics. Na krótko pojawił się w pierwszym odcinku sitcomu Comedy CentralMichael i Michael mają problemy (Michael & Michael Have Issues, 2009).
Życie prywatne
1 lipca 1995 ożenił się scenografką Doris Sherman (z domu Williams) i mają dwoje dzieci - córkę Sophię Evę Pietrę (ur. 23 marca 2001), i syna Dantego Amadeo (ur. 2 stycznia 2004)[11].
Nosi podrabiany tatuaż z herbem United States Marine Corps (orzeł, globus i kotwica)[12], a na lewym ramieniu ma tatuaż przedstawiający ukrzyżowanego Chrystusa - krucyfiks[13], a także tatuaż motyla na lewym udzie i chiński astrologiczny wykres jego rodziny na prawej goleni[14]. W 2007 został wprowadzony do swojej szkoły w sław sportowych jako członek niepokonany 1978 w piłce nożnej[4].