Семён Мельников родился 4 апреля1902 года в селе Липовка (ныне расположено в Задонском районе Липецкой области) в крестьянской семье. По национальности — русский. После окончания 4 классов школы, в 1924—1925 годах служил в рядах Красной Армии.
После прохождения воинской службы, в 1926 году вступил в ВКП(б). Работал секретарём сельсовета. В 1935 году окончил курсы при Воронежском областном комитете ВКП(б).
В сентябре 1943 года гвардии генерал-майор танковых войск Семён Мельников особо отличился при форсировании реки Днепр. Взяв под свой контроль строительство моста в районе села Великий Букрин (ныне расположено на территории Мироновского районаКиевской областиУкраины), он проявил мужество и отвагу, решительность в достижении цели.
Именно благодаря умелым действиям Мельникова, уже 14 октября1943 года мост, длиной семьсот сорок метров, был досрочно построен, что дало возможность быстро форсировать Днепр главными силами 3-й гвардейской танковой армии (Воронежский фронт) и расширить плацдарм на его правом берегу.
17 ноября1943 года, указом Президиума Верховного Совета СССР за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство гвардии генерал-майору Семёну Ивановичу Мельникову было присвоено высокое звание Героя Советского Союза.
В 1957 году генерал-лейтенант танковых войск Мельников был отправлен в запас. Последние годы жил в Москве. Скончался 14 июля1984 года, был похоронен на Кунцевском кладбище (участок 9-2).
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1988. — Т. 2 /Любов — Ящук/. — 863 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00536-2.
Герои огненных лет. — М.: Московский рабочий, 1978. — Кн. 3.