Lucas Melano llegó a las inferiores de Vélez Sarsfield a fines del 2008. Regresó a dicho club meses más tarde pero al final le avisaron que no sería tenido en cuenta. Ese mismo año fue a probarse a Belgrano de Córdoba, donde arribó en edad de séptima y se mantuvo hasta llegar a debutar en primera, con Ricardo Zielinski a cargo del primer equipo.

Su debut se produjo en 2011, en un encuentro que Belgrano disputó ante Sacachispas por los 32avos. de final de la Copa Argentina, que el Pirata ganó 3-0. Melano debutó en Primera División en el Torneo Clausura 2012 ante Independiente de Avellaneda. Sus dos primero goles llegaron ese mismo año cuando enfrentó a Banfield y ganó por tres tantos contra uno del equipo del sur de Buenos Aires.

Mudanza al Granate

Lanús compró a Melano a mediados de 2013, que abonó una cifra cercana a los dos millones de dólares por el fichaje del delantero. Lucas Melano fue parte del plantel que ganó la Copa Sudamericana de ese año, bajo el mando de Guillermo Barros Schelotto, actual director técnico de Boca Juniors, y anotó tres goles para contribuir a la obtención del título. Uno de los partidos más destacados del delantero fue ante Godoy Cruz en Mendoza,  en el cual anotó 4 goles para su equipo en la victoria por 5-1 frente al elenco mendozino.

A Estados Unidos

Lucas Melano fue traspasado al Portland Timbers de los Estados Unidos en una cifra cercana a los 5 millones de dólares a mediados de 2015. En ese equipo jugó con otros argentinos como Diego Valeri -también ex jugador de Lanús- y Gastón "La Gata" Fernández, con quien puede volver a compartir equipo si se resuelve su regreso a Estudiantes de la Plata. En 2015 salió campeón de la Copa MLS, al derrotar al Columbus Crew por penales.

Retorno a Belgrano

Melano regresó al Pirata cedido a préstamo desde Estados Unidos hasta fines de este año, pero no tuvo una buena primera mitad y por eso desde Córdoba decidieron no contar más con sus servicios. En sus dos pasos por el club, el extremo derecho jugó 61 partidos, anotando 7 goles -todos en su primera etapa-. Al saber que no sería tenido en cuenta, Gustavo Matosas pidió a los directivos de Estudiantes que trataran de cerrar su fichaje. Tras entrenarse la última semana en el Country, el pasado viernes el jugador puso la firma y se sumó a las otras tres incorporaciones: Pablo Lugüercio, Mariano Pavone y Gastón Campi.  Nahuel Estévez y Marco Borgnino se encuentran entrenando junto al primer equipo pero todavía no firmaron contrato con el club.