Từ Biển Đỏ dọc theo bờ biển Đông Phi, C. melannotus được phân bố trải dài về phía đông đến quần đảo Marshall, quần đảo Samoa và Tonga, ngược lên phía bắc đến vùng biển phía nam Nhật Bản, xa về phía nam đến bờ đông Úc (gồm cả đảo Lord Howe) và Nouvelle-Calédonie.[1][4]

Ở Việt Nam, C. melannotus được ghi nhận tại cù lao Chàm (Quảng Nam) và quần đảo Hoàng Sa;[5] đảo Lý Sơn và vùng bờ biển Quảng Ngãi;[6] Phú Yên;[7] vịnh Vân Phong[8] và vịnh Nha Trang (Khánh Hòa);[9] Ninh Thuận;[10] cù lao Câu và một số đảo đá ngoài khơi Bình Thuận;[11] cũng như tại Côn Đảo[12] và quần đảo Trường Sa.[13]

C. melannotus sống tập trung ở những khu vực mà san hô phát triển phong phú trên các rạn viền bờ hoặc trong đầm phá ở độ sâu đến ít nhất là 25 m; cá con thường ẩn mình giữa các nhánh của san hô Montipora.[1]