О жизни Мелисса известно из произведений Диогена Лаэртия и Плутарха. О нём сообщается, что он родился на острове Самос, был современником Зенона Элейского и Эмпедокла; расцвет Мелисса пришёлся на восемьдесят четвёртую олимпиаду (444—441 годы до нашей эры). Мелисс был учеником Парменида, встречался и беседовал с Гераклитом. Он занимался государственной деятельностью и пользовался уважением среди сограждан за свою доблесть. Будучи навархом (стратегом) самосцев, во время Самосской войны, Мелисс одержал победу в морском сражении над афинским флотом, которым командовал Софокл. Впоследствии Перикл разгромил Мелисса в морской битве и взял Самос после многомесячной осады.