Родился в Москве в дворянской семье. Отец — историк, педагог; мать — полька (рожд. Грушецкая). В 1904 году окончил историко-филологический факультет Московского университета. В 1906 году член партии кадетов. С 1907 года член Народно-социалистической партии. В 1911 году один из основателей кооперативного издательства «Задруга». В 1913—1923 годы редактор-издатель журнала «Голос Минувшего».
Хотя Мельгунов и был социалистом, он однако, резко отрицательно отнесся к октябрьскому перевороту. В программной ст. «Борьба до конца», призывая русскую интеллигенцию объединиться против большевиков, заявлял, что «у нас когда-то был один общий враг. И теперь вновь он только один. Для борьбы с ним в данный момент должны объединиться все интеллигентные демократические силы» («Народное Слово», 1918, 21 апр., с. 5). Один из немногих социалистических деятелей, вступивших в сотрудничество с подпольными монархическими организациями.
Утверждал, что создание Добровольческой армии приемлемо для демократов. Участник антибольшевистских организаций «Союз Возрождения России» (с апреля 1918) и «Тактический центр» (с марта 1919). В 1918-22 неоднократно арестовывался органами ВЧК. По делу «Тактического центра» в 1920 был приговорён к смертной казни, заменённой 10 годами тюремного заключения; освобождён в 1921 году под давлением научной общественности, благодаря заступничеству В. Н. Фигнер и П. А. Кропоткина, Н. С. Тютчева, Н. А. Морозова и других . В октябре 1922 года выслан за рубеж.
Член Заграничного комитета Трудовой Народно-социалистической партии (ТНСП). Издавал в 1923-28 совместно с В. А. Мякотиным и Т. А. Полнером историко-литературный журнал «На чужой стороне» (с 1926 — «„Голос Минувшего“ на чужой стороне»). Наряду с П. Н. Милюковым автор первого в эмиграции научого анализа истории Февральской, Октябрьской революций и Гражданской войны. В 1920-50 написал серию книг, ценных фактическим содержанием. В 1925 заявил в печати, что вооружённая борьба — это единственное средство свержения власти большевиков.
Полагал необходимым создание единого антикоммунистического фронта всего политического спектра русской эмиграции. С 1926 несколько лет издавал журнал «Борьба за Россию». Во время Второй мировой войны, находясь под Парижем, решительно отверг любую форму сотрудничества с Германией. В 1949-54 редактор журнала «Возрождение».
