Писатель, литературный и музыкальный критик, композитор Н. А. Мельгунов родился в апреле 1804 года в с. Петровском Ливенского уезда Орловской губернии (ныне Измалковского района Липецкой области). Он происходил из старинного дворянского рода. Получил хорошее домашнее образование, затем обучался в Благородном пансионе при Педагогическом институте в Петербурге (1818-1820), где его товарищами стали М. И. Глинка, С. А. Соболевский. Не закончив по болезни курса, уехал с отцом за границу (1820-1823), лечился.

По возвращении Мельгунов поселился в Москве, познакомился с московскими литераторами, вступил в философский кружок «Общество любомудрия». Члены кружка обладали умеренными либерально-политическими взглядами, Мельгунов остался верен этой позиции и в дальнейшем. Свою приверженность постепенным реформам в России, исключая примение насилия, он обосновал в статье «Письмо из Парижа» (1845), которое Белинский считал редким явлением «по мысли, духу, направлению, благородному тону, беспристрастию и мастерству изложения».

После сдачи при университете экзамена на получение аттестата Н. А. Мельгунов служил в Главном архиве Министерства иностранных дел (1824-1834) актуариусом, переводчиком, помощником библиотекаря. Титулярный советник (1832).

В Москве 1820-1830-х годов дом Мельгунова был одним из центров культурной жизни, в нем часто бывали братья Киреевские, М. П. Погодин, А. С. Хомяков, Н. М. Языков, С. П. Шевырёв и др., устраивались музыкальные вечера. Современники высоко ценили его ум, доброту, честность, высокие чувства и таланты, в том числе литературные. Как прозаик он дебютировал повестью «Кто же он?» (1831), посвященной А. С. Хомякову. В сборник «Рас­ска­зы о былом и небывалом» (1834) вошли «страшные» повести в духе романтизма. В «Путевые очерки» (1836) вошли фантастические истории, пронизанные восхищением перед европейской цивилизацией.

В 1834 году Н. А. Мельгунов вышел в отставку, участвовал в создании журнала «Мос­ковский наблюдатель», писал статьи о музыке, по мнению Белинского - «ловко, умно, живо, со знанием дела». В 1835 он уехал лечиться в Германию, долго жил в Европе, был знаком с Шеллингом, Гумбольдтом, Мериме и др. На основе бесед с ним немецкий писатель Г. Кёниг составил книгу «Литературные картины России» (1837), имевшую большой успех в Германии и вскоре переведенную на французский, чешский, голландский языки. Впервые западный читатель получил представление об истории и современном состоянии русской литературы. В России книга вышла под названием «Очерки русской литературы» (1862) и подверглась нападкам со стороны реакционной печати, потому что в ней он критиковал деятельность Булгарина, Греча и Сенковского.

Уехав в 1856 году в Париж, Мельгунов сотрудничал с Герценом, собирал для его изданий информацию из России. Здесь встречался с И. С. Тургеневым, который, замечая некоторую чудаковатость Мельгунова, все-таки отзывался о нем как о «тонкой, изящной и чистой натуре».

Талантливый пианист, Н. А. Мельгунов известен и как автор романсов на стихи Пушкина («Я помню чудное мгновенье»), Тютчева («Еще томлюсь тоской желаний»), Баратынского, Дельвига, Хомякова, Языкова. Он был близким другом композитора М. И. Глинки. В статье «Глинка и его музыкальные сочинения» (1836) предугадал его роль основателя русской музыкальной школы, выступал сторонником национального направления в русской музыке.

Вернувшись из Европы в Россиию летом 1865 года, последние месяцы своей жизни, почти ослепший и лишившийся из-за «ревматизмов» движения, он жил в одиночестве и нищете, поддерживаемый участием друзей. Скончался в Москве в 1867 году, похоронен на Ваганьковском кладбище.

Исследователь жизни Мельгунова М. К. Евсеева пишет: «Незаурядная личность Мельгунова парадоксально сочетала европейскую образованность, рационалистический склад ума со склонностью к созерцательности и лености, не позволившими в полной мере реализоваться высоким интеллектуальным и творческим потенциям Мельгунова, обрести тот литературный и культурный авторитет, который соответствовал бы его высоким (и часто раздраженным) амбициям.  Однако сохраняемая им на протяжении всей жизни верность литературным интересам, а также многолетние дружеские связи со многими крупными писателями обусловили причастность Мельгунова (прямо или косвенно) к важнейшим событиям русской культуры, сделали его одной из значительных фигур литературной жизни России 2-й трети 19 века».