Marco Melandri začal se závoděním už v šesti letech, prošel si motokrosem, minibiky, národním mistrovstvím v 125 ccm a do seriálu MS silničních motocyklů se dostál už v patnácti letech. Ve svých dvou prvních kompletních sezónách v letech 1998 a 1999 neměl daleko k titulu mistra světa. V roce 2000 přesedlal na dvěstěpadesátky k Aprilii. Prvního vítězství se dočkal na Sachsenringu a o rok později a celkově skončil v mistrovství třetí za Katem a Haradou. V roce 2002 potvrdil roli favorita, vyhrál devět závodů a v boji o titul mistra světa porazil Fonsi Nieta na Phillip Islandu.
V roce 2003 se Melandri objevil v MotoGP, ale hned v prvním závodě si zlomil nohu a ani v dalším průběhu sezóny se mu zranění nevyhýbala. V roce 2004 již na Yamaze podával dobré výkony, ale pořádně zazářil až v roce 2005 na Hondě u týmu Telefónica Movistar, když celkově skončil druhý. Sezóna 2006 mu přinesla čtvrté místo.
V roce 2007 se HRC nepodařilo zvládnout přechod na osmistovky nejlépe a satelitním týmům se nových dílů dostávalo se zpožděním, takže nebyla možnost dosahovat velmi dobrých výsledků. V roce 2008 závodil Melandri za tovární tým Ducati, ale spojení Itala a italské motorky vůbec nevyšlo. Melandri se za celou sezónu nedokázal sžít s GP8 a hrozil mu vyhazov před koncem sezóny. Závody odjel za Ducati nakonec všechny, ale pro další sezónu přestoupil ke Kawasaki.
HISTORIE
MS silničních motocyklů
1997 125 ccm, Matteoni Racing, 1 závod
1998 125 ccm, Benetton Matteoni, 3. místo, 202 bodů
1999 125 ccm, Playlife Racing Team - Liegeois, Benetton Playlife, 2. místo, 226 bodů
2000 250 ccm, Aprilia Grand Prix Racing, Blu Aprilia Team, 5. místo, 159 bodů
2001 250 ccm, MS Aprilia Racing, 3. místo, 194 bodů
2002 250 ccm, MS Aprilia Racing, 1. místo, 298 bodů
2003 MotoGP, Fortuna Yamaha Team, 15. místo, 45 bodů
2004 MotoGP, Fortuna Gauloises Tech 3, 12. místo, 75 bodů
2005 MotoGP, Movistar Honda MotoGP, 2. místo, 220 bodů
2006 MotoGP, Fortuna Honda, 4. místo, 228 bodů
2007 MotoGP, Gresini Honda, 5. místo, 187 bodů
2008 MotoGP, Marlboro Ducati, 17. místo, 51 bodů
2009 MotoGP, Hayate Racing, 10. místo, 108 bodů