Ծնվել է Ռուսական կայսրության Դաղստանի Ղզլար քաղաքում: Սկզբնական կրթությունն ստացել է Ղզլարում: 1900թ. ստանձնել է Նոր Նախիջևանի Սբ. Գևորգ եկեղեցու երգչախմբի ղեկավարի պաշտոնը: 1902թ. ավարտել է Նոր Նախիջևանի թեմական դպրոցը (երաժշտության առաջին ուսուցիչն էր Գ.Չորեքչյանը): 1902-05թթ սովորել է Դոնի Ռոստովի երաժշտական ուսումնարանում: 1906թ. ընդունվել է Մոսկվայի ժողովրդական կոնսերվատորիա՝ Բ.Յավորսկու դասարան: 1908-10թթ երաժշտության ուսուցիչ է եղել Թիֆլիսի Հովնանյան դպրոցում: Թիֆլիսում նրա նախաձեռնությամբ կազմակերպվել է «Երաժշտական լիգա» ընկերությունը: 1910-14թթ սովորել է Պետերբուրգի կոնսերվատորիայում՝ պրոֆեսորներ Վ.Կալաֆատիի (պոլիֆոնիա) և Մ.Շտեյնբերգի (գործիքավորում) դասարաններում: 1912թ., նրա աջակցությամբ, Ազատ Մանուկյանը հրատարակել է «Փնջիկ» մանկական երգերի ժողովածուն և հրատարակել է «Երաժշտական այբբենարանի» աոաջին մասը: 1915թ. վերադարձել է Թիֆլիս: 1916թ. հատուկ պատվիրակության կազմում, որի նպատակն էր Արևմտյան Հայաստանի պատետազմից տուժած ազգաբնակչությանը օգնություն ցույց տալը, մեկնել է Վանի նահանգ: 1921թ. Սովետական Հայաստանի կառավարության հրավերով տեղափոխվել է Երևան և գլխավորել երաժշտական ստուդիայի (1921թ.), ապա՝ կոնսերվատորիայի (1923թ.) կազմակերպման գործը: 1920-ական թվականներին հանդես է եկել նաև որպես Հայաստանի երաժշտական ինքնագործունեության առաջին ղեկավարներից մեկը, կազմակերպել երգչախմբեր (նաև մանկական): 1920թ. Թիֆլիսում կայացել է նրա հեղինակային անդրանիկ համերգը: 1924թ. մեկնել է Ստեփանակերտ, հիմնել երաժշտական ուսումնարան, ապա մեկնել է Թիֆլիս, ուր երկու տարի գլխավորել է Հայաստան երաժշտական սեկցիայի և երաժշտական ստուդիայի աշխատանքները, որից հետո` կրկին Երևան, ուր բարեկամական հարաբերություններ են ստեղծվել նրա և Ալեքսանդր Սպենդիարյանի միջև: Մասնակցել է վերջինիս «Ալմաստ» օպերայի բեմադրության աշխատանքներին և Երևանի օպերային թատրոնի հիմնադրմանը: Առաջ է քաշել Կոմիտասի երաժշտական ժառանգությունը Հայաստանում կենտրոնացնելու գաղափարը: 1932-33թթ նշանակվել է Երևանի նորաստեղծ օպերային թատրոնի երաժշտական խորհրդատու: Կոմպոզիտորի ստեղծագործության մեջ կենտրոնական տեղ են գրավում երգերն ու ռոմանսները: Հայկական ռոմանսը նա վերջնականապես ձևավորել է որպես ազգային կամերային-վոկալ երաժշտության ինքնուրույն ժանր: Նշելով ու որոշելով այդ ժանրի ազգային ուրույն ոճի կարևորագույն գծերը՝ հանդիսացել է հայ դասական ռոմանսի ստեղծողը: Հայ կոմպոզիտորներից առաջինն է եղել, որ ազգային վոկալ երաժշտության մեջ ներգրավել է հայ ժամանակակից դասական պոեզիայի նվաճումները: Դա օգնել է կոմպոզիտորին մշակելու ազգային ռոմանսային-դեկլամացիոն մելոդիկայի բնորոշ գծերը: Նրա մեղեդիական ոճը, հենվելով ժողովրդական երգի, կենցաղային և ժողովրդապրոֆեսիոնալ երաժշտության առանձնահատկությունների վրա՝ աչքի է ընկել նաև նոր հատկություններով. ավելի խոր անհատականությամբ, երաժշտական և ժամանակակից ազգային բանաստեղծական խոսքի ինտոնացիաների մերձեցմամբ: Հայկական ռոմանսի՝ իբրև ինքնուրույն ժանրի ձևավորումը նրա ստեղծագործության մեջ պայմանավորված էր նաև դաշնամուրային նվագակցության դերի նոր մեկնաբանմամբ, դրա հոգեբանական և նկարագրական առավել հագեցվածությամբ: Կոմպոզիտորի հրատարակած առաջին ռոմանսը՝ «Աշնան տողեր»-ը, լույս է տեսել 1908թ., «Գեղարվեստ» ամսագրում: Նույն շրջանին են վերաբերում նաև լայն տարածում գտած «Վարդը», «Աշուն» երգերը, «Ուռենի» զուգերգը, «Անջատում» ռոմանսը: 1908-14թթ ստեղծված գործերի զգալի մասը կազմել են «Աշնան տողեր» երգաշարը, որտեղ նշված են հայկական ռոմանսի տարատեսակներից մեկի՝ քաղաքային երաժշտական ֆոլկլորի հողի վրա ծնված, հուզականորեն վառ, հոգեբանորեն հագեցած, ներքին կոնֆլիկտով ու դրամատիզմով համակված քնարական ռոմանսի առանձնահատկությունները: Նույն տարիներին Պետերբուրգում հրատարակել է վեց ժողովրդական երգերի մշակումներ: Նրա ստեղծագործության մեջ նշանակալից են «Զմրուխտի» և «Զառ-վառ» վոկալ շարքերը, որոնց համար ինտոնացիոն հիմք են ծառայել երկու գլխավոր աղբյուրներ՝ հայ ժողովրղական-գեղջկական երգը և աշուղների ստեղծագործությունը: Այնպիսի նրբությամբ ու խորությամբ է վերարտադրել ժողովրդական երգերի առանձնահատկությունները, որ անգամ իր մեղեդիներն ընկալվում են որպես բուն ժողովրդական: «Զմրուխտի»-ն (1916-18թթ, հրատարակվել է 1928թ.) բովանդակությամբ քնարական է: Քնքուշ ու սրտառուչ լիրիկայի և փիլիսոփայական խոր ընդհանրացումների զուգորդության մեջ է այս երգաշարի ինքնատիպությունն ու գեղարվեստական ուժը: «Զառ-վառ» երգաշարում (1922թ., հրատարակվել է 1949թ.) գերակշռում են ժանրային-նկարագրական մոտիվները (հայրենի բնության, ժողովրդական կենցաղի ուրվանկարներ): Հարմոնիայի ու հնչյունային կոլորիտի ասպարեզում կոմպոզիտորի հայտնագործությունները նպաստեցին մինչև այդ ազգային երաժշտությանն անծանոթ հնչյունային վառ ու գունեղ երանգապնակի ստեղծմանը: Մեծ է եղել նրա դերը նաև սովետահայ մասսայական երգի ստեղծման գործում: 1929թ. և 1930թ. կոմպոզիտորի խմբագրությամբ լույս են տեսել «Պիոներական» և «Կարմիր բանակային» երգերի ժողովածուները: Այդ ասպարեզում նրա ամենանշանակալի գործը «Նոր օրերի երգեր» շարքն է, որում տեղ են գտել սովետական մարդու հարուստ ներաշխարհը բացահայտող քնարական ու աշխատանքային երգեր: Նրա ստեղծագործությունը խթանեց հայ կոմպոզիտորներից շատերի ստեղծագործական որոնումները: Ռոմանոս Մելիքյանի անունով է կոչվում Երևանի երաժշտական ուսումնարանը: Մահացել է Թիֆլիսում, թաղված է Երևանի քաղաքային պանթեոնում: