Родился 7 августа 1916 в Петрограде. После революции его родители (инженер и учительница) переехали в Таганрог. Виталий рано лишился отца, с 14 лет работал слесарем в Таганроге, плавал на судах Азовского пароходства, был грузчиком в Новороссийске, разносчиком газет в Батуми. В 1937 призван в армию, участвовал в Зимней войне. В Великую Отечественную работал в различных фронтовых газетах, в одной из них вместе с Александром Твардовским. После войны начальник отдела боевой подготовки газеты Забайкальского ВО «На боевом посту». Уволился оттуда в декабре 1953 в звании подполковника.
Первую свою книгу стал писать не о войне, а о золотоискателях. Но от войны было не уйти: вторая и третья книги - о ней, как и главные книги писателя - повесть «Фронтовичка» (1964) и роман «Варшавка» (1982).
В 1953 году Мелентьев демобилизовался и приехал в Иваново, где и написал свою первую фантастическую повесть для детей «33 марта». …Повесть и хвалили, и ругали, но в целом одобрили попытку создать «отвечающую духу времени фантастику для младших школьников». Поэтому Виталий Григорьевич (наряду с произведениями о войне и современниках, приключенческими повестями) продолжил работу и в этой области, опубликовав повести «Голубые люди Розовой земли» (1966) и «Черный свет» (1970), составившие вместе с «33 марта» трилогию, переизданную полностью в 1973 году. В ней ненавязчиво утверждается и доказывается, что настоящий друг готов разделить самые большие несчастья и самые сложные приключения, что война - сумасшествие, а вкус к приключениям - совсем не самое страшное на свете! Об этом же и фантастическая повесть «Обыкновенная Мёмба» (1978), в которой трое школьников совершенно необыкновенным образом попадают на планету Мёмба, жизнь на которой - осуществленные мечты тогдашней земной жизни и науки…
К утопии можно отнести и рассказ Мелентьева «Дорога через себя» (1975). Фантастические рассказы писателя (их всего три) также достаточно интересны. Недаром «Шумит тишина» («Искатель», 1966) включена в сборник лучших публикаций в журнале «Мир Искателя» (1973). Кроме этого, Мелентьев - автор фантастической пьесы для детей «Пираты южных морей», поставленной в Ивановском драмтеатре в 1970-х годах.