Melle liegt eingebettet zwischen Wiehengebirge im Norden und Teutoburger Wald im Süden, etwa auf halber Strecke zwischen Osnabrück und Bielefeld. Die Stadt erstreckt sich über ein weites Tal auf rund 76 Metern Höhe und grenzt mit einigen Stadtteilen an Nordrhein-Westfalen. Mit ihrer Fläche von 254 Quadratkilometern zählt sie zu den größten Gemeinden Deutschlands und ist geprägt von ausgedehnten Wäldern und fruchtbaren Böden.
Erstmals erwähnt wurde Melle im Jahr 1169, doch schon in alten Schriften taucht die Bezeichnung Grönegau auf, was auf die Bedeutung des Getreideanbaus in der Region hinweist. Über Jahrhunderte hinweg blieb die Landschaft von Landwirtschaft und Wald geprägt, während die Stadt selbst zum regionalen Zentrum wurde. Nach der Auflösung des Landkreises Melle im Jahr 1972 wurde sie Teil des Landkreises Osnabrück und entwickelte sich zur größten Stadt der Region.
Heute besticht Melle durch seine grüne Umgebung mit markanten Erhebungen wie dem Hesterbrink und dem Beutling, der mit einem Aussichtsturm aufwartet. Die Hase, die im Teutoburger Wald entspringt, durchzieht das Stadtgebiet und teilt sich bei Gesmold in zwei Arme, die Else und die Hunte. Zahlreiche Naturschutzgebiete wie das Uhlenberger Moor und das Feuchtgebiet „Im Wischen“ unterstreichen die ökologische Bedeutung der Region.