Merilai töötas Keele ja Kirjanduse Instituudis nooremteadurina, hiljem Tartu Ülikoolis vanemõpetaja, dotsendi ja vanemteadurina. 2001–2002. aastal oli ta J. William Fulbrighti stipendiaat keelefilosoofias California Ülikoolis Berkeleys. Aastail 2006–2010 oli ta Tartu Ülikooli kirjandusteooria dotsent. Alates 2011. aastast on ta Tartu Ülikooli filosoofiateaduskonna kultuuriteaduste ja kunstide instituudi eesti kirjanduse professor. Kirjandusteadusliku sarja ""Studia litteraria Estonica"" peatoimetaja. Eesti Kirjanike Liidu liige.