Felipe Melo, profesyonel kariyerine ülkesinin en köklü futbol takımlarından olan Flamengo'da başladı. 1895 yılının Kasım ayında kurulan ve Brezilya'da 35 milyondan fazla taraftara sahip olduğu bilinen kırmızı-siyahlı kulüpte gösterdiği olağanüstü performans ile henüz 18 yaşında takımın önemli bir parçası olmayı başardı. Flamengo'da defansif bir rol oynayan Felipe Melo, dönemin en önemli orta saha oyuncularından Leonardo ve Juninho Paulista ile birlikte görev yaptı ve takım savunmasına çok önemli katkıda bulundu. Gösterdiği performans ile dikkat çeken Felipe Melo, 2003 yılında ülkenin Cruzeiro takımına transfer oldu.
2003 yılında mükemmel bir çıkış yapan Cruzeiro takımında oynadı. Bu takımda dönemin takım kaptanı ve Fenerbahçe'nin önemli futbolcularından Alex de Souza ile birlikte takıma en çok katkı yapan isimlerden oldu. Genç yaşına rağmen neredeyse her maçta oynadı ve takımının 37 sene sonra aldığı şampiyonlukta büyük pay sahibi oldu. Cruzeiro o sene 100 puan toplayıp 102 gol atarak en yakın rakibi Santos'un 13 puan önünde bitirdi.
2003-04 sezonunda Porto Alegre takımlarından Gremio'ya transfer olan Felipe Melo, burada bir dönem Galatasaray forması giyen Fabio Pinto ve Christian ile de takım arkadaşlığı yaptı. Yirmi dört takımlı ligin son sırasında yer alan Gremio'nun alt lige düşmesini engelleyemedi ve taraftarlar tarafından takımın başarısızlığının baş mimarı ilan edildi.
Felipe Melo, Gremio'nun küme düşmesinden sonra İspanya'nın Real Mallorca takımına transfer oldu. Avrupa kariyerinin ilk maçına Barcelona karşısında çıkan Felipe, maçın en iyi oyuncularından oldu. Fakat Barcelona maçı dışında sadece 6 maçta şans bulan Brezilyalı oyuncu ülkenin diğer takımlarından Racing Santander'e transfer oldu.
Melo, Real Mallorca'dan Racing Santander'e transfer olduktan sonra, Avrupa kariyerindeki ilk golünü Santiago Barnabeu'da Real Madrid'e karşı bulurken takımına 2-1'lik galibiyeti getiren isimlerden oldu. Racing Santander'deki ilk sezonunda; 33 lig maçına çıktı, üç gol attı, 11 sarı ve bir kırmızı kart gördü. Racing Santander'deki ikinci sezonunda ise 15 defa sahaya çıkan Felipe Melo, ligde üç kez gol sevinci yaşadı ve Sezon sonunda Almeria'ya transfer oldu.
Felipe Melo Santander deneyiminin ardından tarihinde ilk kez La Liga'ya yükselen Unai Emery'nin teknik direktörlüğünü yaptığı UD Almeria takımında Orta saha'nın merkezinde yerini aldı ve kaptırmadı. Burada gösterdiği başarılı performans ile Avrupa'nın önemli klüplerinin listesine giren Melo sezon sonunda Almeria gibi La Liga deneyimi olmayan bir takımın, 8. olmasında en büyük pay sahiplerindendi.
Serie A takımlarından Fiorentina, 2008-09 sezonu öncesinde Felipe Melo'yu kadrosuna katabilmek için 13 milyon euro gibi rekor bir bonservis ödemek zorunda kaldı. Melo, sezon boyunca gösterdiği performansla takımına bundan çok daha fazlasını kazandıracağını kanıtlayacaktı. Fiorentina'daki ilk lig maçında Juventus'a karşı kırmızı kart gören Felipe Melo, Floransa takımının formasını bir sezonda toplam 39 defa giydi ve gösterdiği olağanüstü performans ile milli takımın yolunu tuttu. Melo, sezon içinde Arsenal'in Emirates Stadyumu'nda Brezilya Milli Futbol Takımı ile İtalya Milli Futbol Takımı arasında oynanan özel maçta ilk kez milli takımda görev aldı ve içinde Arsene Wenger'in de bulunduğu Avrupa'nın birçok önemli Teknik direktörü tarafından takibe alındı. Arsenal teknik direktörtü Arsene Wenger, Melo'yu transfer edebilmek için Fiorentina'ya bir çok kez başvurdu fakat Fiorentina, Melo'yu kolay kolay bırakmama kararı almıştı. O dönem Teknik direktörlüğünü Carlos Dunga'nın yaptığı Brezilya milli takımı'nın 2010 Dünya Kupası kadrosuna seçildi. 2009 senesinde Güney Afrika'daki FIFA Konfederasyonlar Kupası'nda Şampiyon kadronun Orta sahasının en önemli isimlerindendi. Fiorentina Felipe Melo'nun hem ligdeki hem milli takımdaki olumlu performansı üzerine kontratını 5 yıl uzatma kararı aldı ve serbest kalma bedelini 25 milyon euro olarak belirledi. Melo'yu transfer etmek için iki klüp devredeydi bir tarafta Serie A kulübü Juventus ve bir diğer tarafta İngiliz Ligi'nin en önemli takımlarından Arsene Wenger'in çalıştırdığı Arsenal. Arsenal çok istekliydi fakat serbest kalma bedelini ödemeyi göze alan Juventus oldu.
Felipe Melo 2009 yılında 25 milyon euro gibi rekor bir bonservis ile Juventus'a transfer oldu. İlk maçında gol atarak taraftarın beklentisini arttırdı. Fakat sezon sonunda Juventus Serie A yedincisi olmuştu ve Melo bekleneni karşılayamamıştı. Juventus'taki kariyerinin ikinci sezonunda da takımın başarısız gidişatı kendisini direkt olarak etkiledi ve Melo 2011-2012 sezonu öncesinde takımdan ayrılmak istedi. Satış listesine konulan oyuncuya içinde AC Milan, Galatasaray gibi kulüplerin de içinde bulunduğu listeden Galatasaray'ın yolunu tuttu ve kiralık olarak Galatasaray'a transfer oldu.
Felipe Melo ve takımı Juventus, 22 Temmuz 2011 tarihinde 2011-2012 yılları için 13 milyon Euro'luk satın alma opsiyonuyla birlikte 1 yıllığına kiralık olarak Galatasaray ile anlaşmıştır. Melo, sezon boyunca başarılı bir performans göstereceğinin sinyallerini Galatasaray'ın kendi sahasında Liverpool ile yaptığı hazırlık maçında verdi. Galatasaray'a ilk geldiğinde Juventus'taki numarası olan 4 numarayı seçen Melo, 10 numaranın sahibi olan Arda Turan'ın takımdan ayrılmasının ardından Galatasaray'ın tarihindeki Metin Oktay, Gheorghe Hagi gibi önemli oyuncularının da giydiği 10 numarayı almıştır. Galatasaray forması ile ilk resmi maçına İstanbul Büyükşehir Belediyespor karşısında çıkan Melo, ilk golünü ise 18 Eylül 2011 tarihinde Samsunspor'a 35 metreden atmıştır.
Melo, Süper Lig'in ilk 4 haftasında 3 gol atma başarısını göstermiştir ve yaptığı Pitbull gol sevinciyle taraftarın sevgisini kazanmayı başarmıştır. Ayrıca Melo Süper lig'in 26. haftasında Kayserispor'a 1 gol attı ve bu gol Melo'nun 8 gol ile bir sezonda attığı en fazla gol oldu. 29. haftada Gençlerbirliği ile oynanan karşılaşmada 48. dakikada takımının bu maçta ilk kendisinin ise ligdeki 9. gol sevincini yaşadı. 30. haftada Trabzonspor'la yapılan maçta takımının penaltısını gole çevirerek takımdaki 10. golünü atmış, Galatasaray'a da beraberlik golünü getirmiş oldu.
Melo, 5 Nisan 2012 tarihinde Galatasaray antremanında 5'e 2 top kapma çalışması yaparken takım arkadaşı Albert Riera ile tartışmış ve Teknik direktör Fatih Terim tarafından Riera ile birlikte soyunma odasına yollanmıştır. Tartışmanın soyunma odasında da devam etmesi sebebiyle Melo, Fatih Terim tarafından Galatasaray'ın 6 Nisan 2012'de yaptığı antremana alınmamış ve kondisyoner eşliğinde ayrı bir sahada çalışma yapmıştır. 9 Nisan 2012'de Galatasaraylı futbolcuların Fatih Terim'den Felipe Melo ve Albert Riera için af istemesi üzerine ertesi gün Felipe Melo ve Albert Riera Fatih Terim tarafından affedilmiştir. Ve 10 Nisan tarihinde takımla birlikte çalışmalara başlamıştır. Felipe Melo 16 Nisan'da takıma döndüğü Süper final maçında Beşiktaş'a gol atmış ve takımı 2-0 galip gelmiştir. Süper final'in son haftasında Fenerbahçe ile berabere kalan Galatasaray Şampiyon olmuş ve Melo bu Şampiyonluk'ta 12 gol ile katkıda bulunmuştur.Sezon sonuna kadar istikrarlı duruşuyla hem ofansif hem defansif katkılarıyla Galatasaray'ın şampiyon kadrosunda yer almıştır.
2012-2013 sezonunda tekrar Juventus'tan satın alma opsiyonuyla beraber kiralanmıştır. 10 Ağustos 2012 tarihinde Galatasaray'ın resmi sitesinden haber duyurulmuştur. Yapılan açıklamda; "Felipe Melo de Carvalho'nun Juventus Football Club S.A.'dan satın alma opsiyonlu olarak geçici transferi konusunda anlaşmaya varılmıştır. Oyuncuya 2012-13 sezonu için net 2.900.000 EURO sabit transfer ücreti ve maç başına 25.000 EUR ücret ödenecektir. Juventus Football Club S.A.'ya geçici transfer bedeli olarak 1.750.000 EURO ödenecek olup, Galatasaray'ın 30.4.2013 tarihine kadar bildirilmek kaydıyla 6.500.000 EURO bedelle oyuncuyu satın alma hakkı vardır." ifadelerine yer verilmiştir.
Felipe Melo Galatasaray formasıyla ilk maçına Kasımpaşa maçıyla çıkmıştır bu maçta maç eksiği nedeniyle iyi oynayamayan Felipe Melo Fatih Terim taradından oyundan alınmıştır. Melo Süper Lig'in 2. haftasında ise Beşiktaş deplasmanında ilk 11'de başlamış fakat maçın ilk devresinde topu kendi ağlarına göndermiştir.
24.11.2012 tarihinde Sanica Boru Elazığspor maçında 89. dakikada kaleye geçerek penaltıyı kurtarmış ve takımının deplasmandan 0-1 galibiyetle ve 3 puanla dönmesini sağlamıştır. Melo Türk Telekom Arena'da oynanan Cluj maçında bir penaltı kaçırmış Galatasaray bu maçtan 1-1 beraberlikle ayrılmıştır. Bu maçın ardından tüm maçlarını kazanan Galatasaray, Bu aşamadaki son maç olan Braga deplasmanında da Melo'nun asistiyle bir üst tura adını yazdırmıştır. Felipe Melo 2012-13 sezonunda Galatasaray formasıyla ilk golünü ise 6 Nisan 2013 günü Mersin İdman Yurdu ağlarına penaltıdan göndermiştir ve maçın dönmesinde en büyük pay sahiplerinden olmuştur.,
2009 yılında bir özel maçta, Brezilya Milli Takımı'nın formasını giymeye başlamıştır. 2009'da oynan ve Brezilya'nın şampiyon olduğu Konfederasyon Kupası'nda müthiş bir performans göstermiştir. Fakat 2010'da Afrika'da oynanan Dünya kupası'nda Hollanda karşısında kendi kalesine gol atmıştır ve maçın sonlarında hırsını kontrol edemeyip Arjen Robben'in adelesine basmış ve kırmızı kart görerek takımının elenmesinde büyük pay sahibi olmuştur. 22 kez milli formayı giyen Melo 2 gol atmıştır. Gollerden birisini Konfederasyon Kupasında ABD'ye diğerini ise Peru'ya atmıştır.
