Из дворян Велижского уезда Белорусской губернии. Сын генерал-фельдцейхмейстера барона И.М. Меллер-Закомельского, брат барона Петра Ивановича Меллера-Закомельского, генерала от артиллерии.
    В службе с 1781 года сержантом Лейб-гвардии Преображенского полка. В том же году произведён в перый офицерский чин (1).  Из полка выпущен капитаном по артиллерии и определен адъютантом к генерал-аншефу И.И.Меллеру-Закомельскому. 28 июня 1788 года произведён в подполковники с переводом в Бугский егерский корпус, которым командовал Михаил Илларионович Кутузов. Во время войны с турками находился под командой своего отца при штурме Очакова. В 1789 году был удостоин ордена Св. Георгия 4-го класса (1). 2 сентября 1793 года произведён в полковники и переведён в Тверской карабинерный полк. В начале 1797 года за расформированием Тверского полка определён в Рязанский кирасиркий полк и 14 апреля того же года уволен в отставку.
    2 ноября 1800 года принят в армию тем же чином. 15 марта 1801 года произведён в генерал-майоры с назначением командиром Глуховского кирасирского полка, но уже 6 сентября того же года назначен шефом Тверского драгунского полка. 14 сентября 1803 года переведён командиром формируемого Уланского Его Императорского Высочества Цесаревича Константина Павловича полка. Участвовал в сражениях с французами в Австрии в 1805 году, под Аустерлицем возглавил атаку полка на кавалерийскую дивизию генерала Келлермана. Во время схватка пуля ударила в грудь, но скользнула по ордену Св. Владимира. Во время контратаки французской кавалерии Меллер-Закомельский был ранен и взят в плен.
    Возвратился в Россию в 1807 году, после подписания Тильзитского мира.
    С 9 ноября 1807 года по 12 июля 1810 года исполнял должность шефа Мариупольского гусарского полка. В 1809 году участвовал в походе в Галицию. 1 июля 1810 года пожалован в генерал-адьютанты. В 1808 году награждён орденом Св. Анны 1-й степени, а в 1811 году орденом Св. Владимира 2-й степени (1).
    В 1812 году командовал сначала отдельными отрядами, а с осени 1812 года 1-м Резервным кавалерийским корпусом, участвовал в сражениях при Тарутине, Малоярославце и Красном. За отличие в последнем 16 июня 1813 года был произведён в генерал-лейтенанты. За время службы неоднократно использовался по дипломатической части. 
    Уволен от службы по болезни 17 декабря 1815 года с мундиром и полным пенсионом полкового жалования.