Com graduação em medicina e doutorado pela Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), Luiz Eugênio Mello fez pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Los Angeles, Estados Unidos. É professor titular de Fisiologia da Unifesp desde 1998, membro titular da Academia de Ciências do Estado de São Paulo e da Academia Brasileira de Ciências.
Mello foi coordenador adjunto da diretoria científica da FAPESP de 2003 a 2006, pró-reitor de Graduação da Unifesp de 2005 a 2008 e diretor de Tecnologia e Inovação da Vale S.A.