КлубнаяФелипе Мело начал свою карьеру на родине в Бразилии, выступая за клубы «Фламенго», «Крузейро» и «Гремио». В 2005 году он подписал контракт с испанским клубом «Мальорка», в котором провёл только 7 игр и в том же сезоне был продан клубу «Расинг» из Сантандера. В сезоне 2006/07 Мело получил тяжёлую травму, которая вывела его из строя на несколько месяцев. В 2007 году Мело перешёл в клуб «Альмерия», в котором стал лидером и был признан лучшим игроком сезона в клубе по опросу посетителей официального сайта клуба.
2 июня 2008 года Фелипе Мело был куплен итальянской «Фиорентиной» за 8 млн евро: «Жаль уходить из „Альмерии“, это был фантастический год, я провёл свой лучший сезон в Европе. В прошлом году я был близок к переходу в „Лацио“. В этом получил много предложений, но когда узнал, что мной интересуется „Фиорентина“, никаких сомнений не осталось». 12 августа он впервые вышел на поле в официальном матче «Фиорентины», в котором флорентийский клуб встречался с клубом «Славия» в Лиге чемпионов; в первой игре в чемпионате 31 августа с «Ювентусом», Фелипе Мело был удалён с поля за две жёлтые карточки, а 9 ноября он забил первый гол в составе «фиалок» в ворота «Аталанты». В составе итальянского клуба Мело играл на позиции центрального полузащитника, хотя до этого он выступал в основном на краю поля, включая позиции вингера и латераля. 14 апреля 2009 года Мело был дисквалифицирован на 5 матчей за драку с Диего Лопесом.
16 июля 2009 года Мело перешёл в «Ювентус» за 25 миллионов евро. При этом часть суммы была выплачена «Фиорентине» трансферами Марко Маркьонни, которого оценили в 4,5 млн евро, и Кристиано Дзанетти, оценённого в 2 млн евро. Контракт подписан на 4 года с заработной платой в 2,6 млн евро в год. 30 августа 2009 года Мело дебютировал в составе «Юве» в матче с «Ромой», в которой забил третий гол своей команды, а его клуб выиграл 3:1. Однако в целом Мело выступал не очень удачно, за что в декабре получил приз «Золотая урна», вручаемый главному разочарованию футбольного сезона в Италии. Несмотря на эту награду, Мело назвал первый сезон в «Ювентусе» лучшим в карьере. По итогам чемпионата клуб занял 7 место в серии А.
В октябре 2010 года у Мело произошёл конфликт с партнёром по команде Мохаммедом Сиссоко. В январе 2011 года Фелипе жёстко атаковал Массимо Пачи, за что был удалён с поля, а позже дисквалифицирован на 3 матча.
После провального сезона 2010/2011 был уволен тренер Луиджи Дельнери. На его место пришёл Антонио Конте, который заявил, что он не рассчитывает на футболиста.
22 июля 2011 года перешёл в турецкий клуб «Галатасарай» за 1,5 млн евро на правах годичной аренды с преимущественным правом выкупа за 13 млн. Летом 2013 года был выкуплен турецким клубом у «Ювентуса» за 5 млн евро.
Международная26 января 2009 года Фелипе Мело был впервые вызван в сборную Бразилии, а 10 февраля дебютировал в её составе в товарищеской игре со сборной Италии.
В 2010 году Мело поехал в составе сборной на чемпионат мира. Там он сыграл во всех 5-ти матчах своей команды. В игре 1/4 финала с Голландией, которую бразильцы проиграли 1:2 и вылетели из турнира, Мело забил автогол и получил удаление. Мяч, забитый Мело в свои ворота, стал первым автоголом сборной Бразилии, забитым ими во всех розыгрышах чемпионатов мира; позже авторство гола было записано на счёт Уэсли Снейдера. Через некоторое время после чемпионата он сказал:
После чемпионата мира у меня пропала мотивация. Футбол больше не приносил мне радости, и я решил завершить карьеру. Я достойно выступил на чемпионате мира, но все в Бразилии говорили, что мы вылетели по моей вине. Те, кто разбирается в футболе, понимают, что мы бы выбыли из борьбы в любом случае. Нужно было просто посмотреть в глаза голландцев до того, как мне показали красную карточку.
Несмотря на это признание, футболист вновь захотел попасть в состав сборной.