Дмитро Мелентьєв народився у родині військовослужбовця. Вищу освіту здобував у Національному університеті «Львівська політехніка» за спеціальністю «Комп’ютеризовані системи обробки інформації і управління». Також закінчив військову кафедру при університеті.
Війна змусила Дмитра стати на захист своєї країни. У травні 2024 року його призвали до лав Збройних сил України. Після перепідготовки в Національній академії сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного розпочав службу на посаді командира мінометної батареї 157-ї окремої механізованої бригади Сухопутних військ ЗСУ. Загинув 1 квітня 2025 року під час виконання бойового завдання, залишившись вірним військовій присязі та обов’язку перед Батьківщиною.
Стаття про героя – у Книзі пам’яті львівських політехніків.