Mello đã học tại Fairfax High School (Fairfax, Virginia). Sau khi nhận được bằng tốt nghiệp trung học, Mello tiếp tục học tại Đại học Brown thuộc ngành sinh vật học và sinh học phân tử. Ông nhận được Sc.B. từ Brown năm 1982.[2]

Mello đã học tại Đại học Colorado, Boulder để nghiên cứu sâu hơn về sinh học phân tử và sinh vật học cùng với David Hirsh. Sau khi Hirsh quyết định chọn học ngành công nghiệp, Mello chuyển đến Đại học Harvard, nơi ông có thể tiếp tục nghiên cứu với Dan Stinchcomb.[2] Mello hoàn thành luận án tiến sĩ tại Đại học Harvard năm 1990. Ông học nghiên cứu sinh thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson trong phòng thí nghiệm của tiến sĩ James Priess.[2]