Tercer hijo de Domenico di Santi d’Antonio y Camilla Giovannelli y hermano de Alessandro y Jacopo, fue castrado para convertirse en cantante. Aunque no hay noticias sobre su formación, es plausible que Melani haya recibido una educación impartida por religiosos. El padre, campanero y conductor, dependía en realidad del obispo de Pistoia. Probablemente fue éste quien se hizo cargo de los estudios del joven, como parece probar el lugar en el coro de la catedral que Melani ocupó a la edad de diez años, manteniéndolo hasta los diecisiete. Su formación musical tuvo lugar bajo la dirección de Pompeo Manzini, entonces maestro di cappella de la catedral.

Alrededor de 1638 Melani, cantante soprano castrado, entró en contacto con la corte florentina, obteniendo rápidamente la protección del príncipe Mattias de Medici, su primer mecenas. Apasionado por la música, Mattias de 'Medici estaba en contacto con los Grimani de Venecia, una familia particularmente activa en el mundo del teatro de ópera. Con toda probabilidad fue gracias a él que Melani cantó en la primera veneciana de "La finta pazza" de F. Sacrati en 1641. Al año siguiente se presentó nuevamente en Venecia en otra ópera del mismo autor, "Bellerofonte". A fines de la primavera de 1644, Melani fue por primera vez a Roma siguiendo al cardenal Giovan Carlo de Médici. El contacto con el medio musical romano fue determinante hasta el punto que pidió a Mattias de Médicis quedarse más tiempo de lo previsto para poder entrenar con los músicos que habían despertado su admiración: el compositor Luigi Rossi y el castrado Marc'Antonio Pasqualini.

La permanencia en Roma fue interrumpida por la orden de dirigirse a París: el cardenal Giulio Mazarino, en busca de cantantes para la corte francesa, había pedido a Mattias de Medici que le prestara a Melani, el cual fue enviado a Francia, junto con su hermano Jacopo y Anna Francesca Costa. Una vez en París, Melani logró congraciarse con la reina de Francia Ana de Austria, que lo apreció tanto como Eleonora Baroni, cantante romana invitada a la corte francesa en el mismo período. Al mismo tiempo, aprovechando la posición privilegiada que le permitía moverse libremente en los aposentos reales, Melani llevó a cabo la que sería su segunda carrera: la de informante, teniendo intensa correspondencia y contactos personales con algunos de los personajes más poderosos de la época. En marzo de 1645, por ejemplo, escribió a Mattias de Medici una carta sobre las negociaciones de paz en Westfalia. Melani dejó Francia en mayo de 1645, regresando en enero de 1647 para participar en la producción del "Orfeo" de Luigi Rossi, en el que desempeñó el papel principal, obtenendo un gran éxito.

Melani permaneció en Francia durante dos años. Durante la primera fase de la Fronda, a principios de 1649, huyó a Saint-Germain, pero en marzo de ese año, al final de la crisis, Anna de Austria, aunque a regañadientes, tuvo que dejarlo irse a Florencia. En 1651, el duque de Mantua, Carlos II Gonzaga Nevers, tal vez después de oírlo a principios de año, solicitó a Melani para el verano, pero rechazó la invitación porque ya participaba en otras producciones. El duque visitó sin embargo Florencia en agosto del mismo año, y aquí escuchó a Melani en conciertos públicos y privados. En 1652, Melani fue comisionado para acompañar a la hermana del gran duque, Anna de 'Medici, y a su marido, el archiduque Ferdinando Carlo del Tirol, durante una visita a las cortes del norte de Italia. Después de una pasada por Mantua, la comitiva se dirigió a Módena, donde se organizó un torneo a caballo con música a principios de abril, "La gara delle stagioni".

A principios de los años cincuenta, Melani ya había asegurado una red de protectores políticos de alto nivel: además del príncipe Matías de Médicis, había tenido grandes vínculos con la corte francesa y con los de Saboya (donde se había detenido al volver a Francia en 1649), Mantua y Módena. Por supuesto, de estas relaciones también derivaron beneficios materiales, como lo demuestra la compra de dos grandes propiedades en la Toscana en 1649 y 1663. En 1653, Melani emprendió un viaje a varias ciudades del Imperio, encargado ciertamente por Mattias de 'Medici para recoger información política. En su primera parada en Innsbruck, Melani conoció a Pietro Cesti, estimado compositor del archiduque Ferdinando Carlo, y colaboró en los preparativos de la ópera "La Cleopatra".

A pesar de su recargado compromiso como cantante, el ambiente de la corte de Innsbruck le fue hostil, también debido a la rígida jerarquía que se había establecido respecto de los otros músicos. A principios de julio de 1653, Melani se fue a Regensburg, donde fue acogido con todos los honores por el emperador Ferdinando III de Habsburgo, quien mostró un fuerte aprecio por él. El mes siguiente le siguió en su camino a Munich y Augsburgo, para luego reresar a Innsbruck. El regreso de Melani a la corte de Ferdinando Carlo fue más difícil de lo esperado, ya que durante su ausencia se creó un clima de creciente hostilidad, fomentado por Cesti y por el resentimiento de los otros cantantes hacia él. Los intentos de reconciliación con el Archiduque no trajeron grandes resultados y en el otoño de 1653 Melani finalmente dejó Innsbruck para volver a Florencia.

En el año y medio que siguió a esta peripecia, Melani permaneció principalmente en Florencia, donde en octubre de 1654 cantó en la "Ipermestra" de Francesco Cavalli en una versión no escénica. A principios de 1655 escribió al duque de Mantua, dejando ver su intención de abandonar la corte de los Medici con la esperanza de obtener un lugar mejor remunerado. De estas maniobras se deduce la preocupación de Melani por obtener medios financieros para garantizar su seguridad económica, prevendo el momento en que sus dones vocales se desvanecerían.

El año siguiente, el cardenal Mazzarino, recordando las grandes impresiones que dejó Melani en su estancia en París, solicitó una vez más al cantante. En la Corte de Francia, Melani recuperó el éxito que había logrado en la década anterior; la reina y el joven Luis XIV se alegraron de oírlo en ocasiones privadas, como las soirées d'appartement, y en los eventos musicales en que participaba toda la corte. Aunque acababa de llegar, se le confió a Melani el papel principal del "Balletto dell’Amor malato" de Jean Baptiste Lully, que fue representado el 17 de enero de 1657.

A fines de la década de 1950, Melani tuvo otras oportunidades para hacer valer su actividad de diplomático. En 1657, después de la muerte del emperador Fernando III, Mazarino había dado instrucciones a Melani de ir a Munich de Baviera para hacer una visita a Enriqueta Adelaida de Saboya, a quien había conocido unos años antes. Su misión consistía en convencer a la princesa para apoyar la candidatura de su marido, el elector de Baviera Maximiliano, al trono imperial. Melani recibió como recompensa el título de caballero de cámara de Luis XIV en agosto de 1658, además del beneficio de la abadía de Beaubec en Normandía y una pensión anual proveniente del obispado de Béziers. En 1660 fue también naturalizado como ciudadano francés. En los mismos años, Melani participó en las negociaciones preliminares para la paz en los Pirineos -sancionada en 1660 por el matrimonio de Luis XIV con María Teresa de Austria- haciéndose cargo de la cuestión del Monferrato. El ducado era disputado por el Duque de Mantua, aliada con España, y el Ducado de Saboya, partidario de Francia. Incluso en este caso, Melani aprovechó la amplia red de contactos que había tejido en años anteriores. Más tarde, participó en las negociaciones de otros dos matrimonios vinculados a la corte francesa, el de Margarita Luisa de Orleans con Cosimo de Medici (futuro gran duque Cosimo III) y el de Maria Mancini con Lorenzo Onofrio Colonna, ambos celebrados en 1661.

En ese momento, Melani había alcanzado un estatus más allá de un simple cantante de la corte, ya que tenía una estrecha correspondencia -en la que la crónica y la política iban de la mano- con los Médicis y otras personalidades de alto rango. Sin embargo, no fue favorecido en la asignación de los roles en dos óperas importantes producidas a principios de los sesenta por la corte francesa para las celebraciones del matrimonio de Luis XIV con María Teresa de Austria. En una carta a Mattias de Médicis en marzo de 1660, Melani informaba que Francesco Buti, libretista del "Ercole amante", había evitado asignar uno de los papeles principales a una parte de soprano castrado. Además, en la ópera "Xerse" de Francesco Cavalli, representada en noviembre de 1660, Melani interpretó la parte de Arsamene, uno de los personajes principales, pero no sin controversia, ya que era un papel para contralto y no para soprano.

La muerte de Mazarino (9 de marzo de 1661) cambió la posición de Melani en la corte francesa. Trás las persistentes demandas de C.A. de la Porte, duque de Mazarino y esposo de Ortensia Mancini, Luis XIV lo envió a Roma en el verano de ese mismo año. Gracias a la intercesión de Mattias de Médicis, Melani encontró la protección del cardenal Flavio Chigi, esperando, al mismo tiempo, poder regresar a Francia en octubre. Sin embargo, la caída en desgracia del ministro de Finanzas Nicolas Fouquet, a comienzos del otoño, tuvo consecuencias para Melani, en el momento en que se descubrió que este periódicamente le enviaba copias de las cartas que dirigía al rey y a sus secretarios.

Luis XIV ordenó por lo tanto que acabaran las relaciones con M .: amenazado con la pérdida del prestigio y de los privilegos fatigosamente conquistados, Melani decidió abandonar Roma antes que el eco del escándalo llegara a la ciudad; se retiró a Pistoia en noviembre, trasladándose a Florencia en 1663. Durante este tiempo reanudó sus contactos con el diplomático H. de Lionne porque, aunque su carrera política había sido duramente golpeada, no estaba completamente resignado. La oportunidad de relanzarla apareció en 1667, a la muerte del Papa Alejandro VII. Melani fue a Roma, donde, una vez más gracias a Mattias de Médicis, pasó bajo la protección de Chigi. Se unió al cardenal Giulio Rospigliosi en Roma; su última aparición registrada como cantante tuvo lugar en la Casa Rospigliosi en 1668.

A la muerte en 1667 del Papa Alejandro VII, Melani es elegido para formar parte en el cónclave para la elección del nuevo papa. Inmediatamente se comprometió a promover la candidatura de Giulio Rospigliosi al trono papal, esfuerzo coronado por su elección como Clemente IX en junio del mismo año. Antes del cónclave, Melani había trabajado mucho tiempo para crear una buena imagen de Rospigliosi, especialmente a los ojos de los franceses; una vez elegido, Clemente IX no olvidó la ayuda que le había prestado Melani, tanto que le concedió el privilegio de poder acceder libremente a su presencia y atenderlo. Melani aprovechó este cambio radical para reconstruir la credibilidad como diplomático, reanudando los contactos con Francia. Su carrera fue un logro notable cuando Clemente X lo nombró protonotario apostólico y recibe el título de abbate, que le proporciona tres mil libras anuales.

Sus conexiones con Rospigliosi llevaron indudablemente al traslado a Roma en 1667 de sus hermanos Jacopo y Alessandro, con nombramientos en Santa María Maggiore y San Luigi dei Francesi y la propia restauración de Atto del favor de Luis XIV. A partir de 1668 el abbate empieza a abandonar sus actividades como castrato centrándose en la diplomacia y espionaje.Volvió a Francia en 1679 y permaneció allí, involucrado en política y diplomacia, por el resto de su vida.

Melani se dedica a escribir libros sobre Roma como “Espejo de la Roma Barroca” o “Los secretos del cónclave” libro escrito en 1700. Melani paso sus últimos días en su casa de París junto con sus sobrinos hasta el día de su muerte en 1714. Sus composiciones existentes incluyen 15 cantatas solistas y un dúo. Una cantata, "Io voglio esser infelice", se publicó en "Canzonette per camera a voce sola di diversi autori" de Melani Silvani (Bolonia, 1670), y algunas se deben haber vuelto muy populares a juzgar por el número de manuscritos en los que aparecen. Sin embargo, su importancia se basa principalmente en el registro histórico de eventos musicales entre 1644 y 1661 encontrados en sus numerosas cartas a varios patrocinadores.