Родился 21 мая 1973 года в Пензе.
1990—1992 — курсант Ленинградского высшего политического училища им. 60-летия ВЛКСМ внутренних войск МВД СССР, г. Санкт-Петербург.
1992—1997 — студент Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского, г. Пенза.
1997—2001 — преподаватель-стажер, ассистент, старший преподаватель кафедры исторического факультета Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского.
2001—2004 — заместитель главы администрации Железнодорожного района г. Пензы по социальной политике и взаимодействию с правоохранительными органами.
2004—2006 — специалист-эксперт аппарата полномочного представителя Президента Российской Федерации в Дальневосточном федеральном округе.
2006 — начальник отдела по связям с общественностью Правительства Пензенской области.
2006—2007 — начальник Управления по вопросам национальной политики, связям с общественными и религиозными объединениями правительства Пензенской области.
2007 — советник аппарата полномочного представителя Президента Российской Федерации в Приволжском федеральном округе.
2007—2008 — министр образования и науки Пензенской области.
2008 — вице-губернатор Пензенской области.
2008—2009 — заместитель Председателя Правительства Пензенской области.
2009 — заместитель Председателя Правительства — начальник департамента информационной политики и средств массовой информации Пензенской области.
2009—2013 — помощник полномочного представителя Президента Российской Федерации в Приволжском федеральном округе.
2013—2017 — заместитель полномочного представителя Президента Российской Федерации в Приволжском федеральном округе.
10 сентября 2017 года избран депутатом Законодательного Собрания Пензенской области шестого созыва от Пензенского регионального отделения политической партии «Единая Россия».
С 26 сентября 2017 по 26 марта 2021 года — сенатор Российской Федерации — представитель от законодательного (представительного) органа государственной власти Пензенской области.
24 октября 2017 года члены Комитета Совета Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера единогласно утвердили кандидатуру Олега Владимировича Мельниченко в качестве председателя комитета.
26 марта 2021 года назначен временно исполняющим обязанности губернатора Пензенской области.
С 28 сентября 2021 года занимает должность губернатора Пензенской области.
