Лев Алекса́ндрович Меле́нтьев родился в 1908 году в дворянской семье.
Его прадед Михаи́л Воро́нин был знаменитым ботаником, академиком.
"На заседаниях Президиума Академии наук ему не раз доводилось сидеть перед портретом родного прадеда, ощущая на себе его внимательный и пристальный взгляд, как бы экзаменующий его!" – писал племянник академика.
Мелентьев окончил инженерно-экономический факультет в Ленинградском Политехническом институте. В 33 года получил степень доктора наук.
“В России докторская диссертация дело не формальное. Занимаясь ею, ты начинаешь трудиться не на себя, а нацеливаешься на создание нового направления в науке”, – говорил Лев Алекса́ндрович.
Сам он полностью оправдал эти слова. Одним из первых провёл системные исследования в энергетике, теплофикации. Создавал Единую Электроэнергетическую программу СССР.
Всю жизнь Мелентьев совмещал практическую работу с научной.
Еще во время учебы работал инженером на Ленинградской тепловой электростанции. Позднее возглавил архитектурно-планировочное управление Ленгорисполкома.
При этом получал ученые степени и в итоге возглавил кафедру «Теплосиловые установки и промышленная энергетика» в «Ленинградском инженерно-экономическом институте».

Во время блокады Ленинграда отправил жену и дочь в эвакуацию, а сам остался в городе. Все сотрудники института производили патроны для фронта. Работали день и ночь, голодали…
Однажды Лев Алекса́ндрович чудом избежал артобстрела. Он шел по «рекомендованной» стороне проспекта, как вдруг шальной осколок пролетел буквально в сантиметре над его головой и насмерть сразил офицера, шедшего рядом.
В 1960 году Меле́нтьева пригласили переехать в Иркутск и возглавить только что образованный Восточно-Сибирский филиал Академии наук.
В 58 лет он стал академиком, или как часто говорили “первым иркутским академиком”. Лично руководил строительством Иркутского академгородка.
В Иркутске ученый основал Сибирский энергетический институт, руководил им более десяти лет.Теперь - это Институт систем энергетики РАН им. Л.А. Мелентьева.
Но в 1973 году здоровье ученого ухудшилось. После инфаркта он был вынужден переехать в Москву. Тем не менее продолжал активную работу и при Академии наук, отвечая за фундаментальные вопросы энергетики.
Многочисленные награды и ордена академик никогда не выставлял напоказ. Племянник Мелентьева вспоминал, как перед самой смертью был в гостях у академика в Мозжинке: “С застенчивой улыбкой – впервые! – он показал мне в тот приезд почетную профессорскую мантию Пражского Политехнического института – она хранилась у него на даче”.