Uno de sus principales aportes fue la incorporación de nuevos modelos de metodologías de investigación. Realizó sus estudios secundarios en el Liceo Barros Borgoño y en el Liceo Integral N°1, luego ingresó al  Instituto Pedagógico de la Universidad de Chile, donde recibió la influencia de los destacados historiadores de su época Juan Gómez Millas, Ricardo Donoso Novoa, Guillermo Feliú Cruz y Eugenio Pereira, egresando en 1958 con el título de Profesor de Historia, Geografía y Educación Cívica. Su memoria La introducción de la esclavitud negra en Chile: tráfico y rutas recibió el premio Miguel Cruchaga Tocornal que otorga la Academia Chilena de la Historia.

 

Tras ello y por gestión del profesor Pereira obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller, para realizar estudios en Estados Unidos entre 1960 y 1961, perfeccionando sus conocimientos en antropología, demografía histórica, sociología e historia económica y social en la Universidad de Berkeley, California, donde fue guiado por el destacado historiador Woodrow Borah, experto latinoamericanista especializado en historia colonial de México.

 

Fue Decano de la Facultad de Ciencias Históricas, hoy Filosofía y Humanidades de la Universidad de Chile entre 1988 y 1990, manteniéndose ligado a esa casa de estudios superiores por 44 años. Entre 1960 y 1970 participó en la creación del Centro de Investigaciones de Historia Americana fundado por Eugenio Pereira con la colaboración de Mario Góngora, Álvaro Jara y Cristián Guerrero Yoacham, con fondos de la Fundación Rockefeller.

 

Fue profesor invitado en las universidades de: Berkeley, Texas, Wisconsin; San Luis Gonzaga (Ica, Perú), Agararia de La Molina (Lima, Perú) y Toronto (Canadá), colaborando en una serie de centros de estudios. En 1980, fundó y dirigió Cuadernos de Historia, revista especializada del Departamento de Ciencias Históricas de la Universidad de Chile, que persiste hasta nuestros días.

 

Con la influencia de las Escuela de los Annales, se dedicó a campos de estudio de los cuales es  pionero en nuestro país: la historia cuantitativa, económica y de las mentalidades. Respecto de la primera Ricardo Krebs señaló que Mellafe “comprendió las cantidades no como meros hechos o números naturales, sino como símbolos del vivir y morir, del gozar y sufrir”.   En 1986 obtuvo el Premio Nacional de Historia.

 

Su obra es muy grande y comprende artículos y libros. Entre estos últimos ésta: Diego de Almagro. Descubrimiento del Perú (1954); su ya citada tesis publicada en 1959, que fue precursora de su obra más importante: La introducción de la esclavitud negra en Chile (1964) que fue traducida al inglés y japonés; González de Nájera, cronista de la guerra y de la sociedad (1970); Demografía histórica de América Latina. Fuentes y métodos en colaboración con Carmen Arretx y Jorge Somoza (1983); Sociedad y población rural en la formación de Chile actual. La Ligua 1700-1851 en colaboración René Salinas (1988); Historia de la Universidad de Chile en colaboración con Antonia Rebolledo y Mario Cárdenas (1992); La memoria de América Colonial en colaboración con Lorena Loyola (1994), entre otros.