Carlo Meloni ha conseguito il dottorato di ricerca in Ricerca Operativa nel 2001 presso l'Università Sapienza di Roma. Successivamente è stato Assegnista di Ricerca in Ricerca Operativa presso il Dipartimento di Informatica e Automazione (DIA) dell'Università degli Studi Roma Tre. Dal 2002 al 2019 è stato ricercatore in Automatica presso il Politecnico di Bari dove è stato professore associato di Ricerca Operativa dal 2019 al 2021.
Dal novembre 2021 è professore associato di Ricerca Operativa all’Università Sapienza di Roma dove afferisce al Dipartimento di Ingegneria Informatica, Automatica e Gestionale “Antonio Ruberti” (DIAG).
Nel 2021 ha conseguito l'Abilitazione Scientifica Nazionale come professore di prima fascia per il SSD Ricerca Operativa.
Aderisce al Centro di Ricerca per il Trasporto e la Logistica (CTL) dell'Università Sapienza.
Afferisce all'Unità di Ricerca "Sezione Sapienza" del Consorzio Interuniversitario Nazionale per Energia e Sistemi Elettrici (EnSiEL).
Ha preso parte a progetti di ricerca promossi dal MUR, università, centri di ricerca, e aziende.
Dal 2018 è membro del Consiglio Direttivo dell’Associazione Italiana di Ricerca Operativa (AIRO).
È membro dell'INFORMS (The Institute for Operations Research and the Management Sciences), ed è attivo in diversi gruppi di lavoro dell'EURO (The Association of European Operational Research Societies).
Aderisce a IAROR (International Association of Railway Operations Research). È senior member dell’IEEE dove aderisce alla Technology and Engineering Management Society.
È Associate Editor della rivista Flexible Services and Manufacturing Systems (Springer).