Мельницкий переулок располагается в Таганском районе, в Центральном округе города Москвы. Переулок протянулся от Второго Сыромятнического переулка в юго-западном направлении, далее к нему с юга примыкает Малый Полуярославский переулок, потом траектория Мельницкого переулка делает поворот в северо-западном направлении и прилегает к Верхней Сыромятнической улице. Можно сказать, что Мельницкий переулок делает петлю от Второго Сыромятнического переулка до Верхней Сыромятнической улицы.
Недалеко от переулка протянулась улица Земляной Вал, которая пролегает до реки Яузы, улица пересекает реку по Высокояузскому мосту. Верхняя Сыромятническая улица переходит в Третий Сыромятнический переулок и Костомаровский переулок, который пролегает через Костомаровский мост соединяющий русло реки Яузы.
Река Яуза проходит на расстоянии пятисот метров от границ Мельницкого переулка. Около Высокояузского моста вдоль русла реки расположены Серебряническая, Полуярославская, Берниковская и Николаямская набережные.
Изначально Мельницкий переулок носил другое название, назывался Кривоярославским переулком, это название было дано по траектории переулка, которая является «кривой», а так же по расположению рядом Полуярославской набережной. Ранее на этой территории находилась суконное предприятие купца Полуярославцева. Своё современное название переулок получил по находившейся на этой территории Мельничной слободе.
Протяжённость Мельницкого переулка насчитывает триста тридцать метров, он пролегает вдоль южной стороны 1113-го квартала и северной части 1114-го квартала Таганского района. На юго-восточной стороне переулка находятся:
- Выделенная территория под строительство жилого комплекса «Баркоделофт Москоу».
- Административно-офисное здание старинной застройки.
- Каменно-деревянный дом 19-го века с «пропильным» карнизом и наличниками.
- Четырёхэтажное административное, офисное здание.
- Территория Московского медицинского реабилитационного центра восстановительной и спортивной медицины. На территории центра находятся большой природный парк с красивыми аллейками и небольшими беседками, украшенными лепниной и колоннами, чугунными скульптурами, ранее этот парк и постройки относились к усадьбе Усачёвых-Найдёновых, усадьба называлась «Высокие горы». В этом парке снимались сцены для нескольких фильмов.
На другой стороне Мельницкого переулка находятся:
- Тринадцатиэтажный шести подъездный панельный жилой дом на 288 квартир, постройки 1969-го года. В здании находятся: ювелирный магазин «Голден Гросс», автошкола ООО «Учебный центр «ОСТО»».
- Бизнес-центр «Мельницкий, 1».
- Дворовый спорткомплекс «Сыромятники».
Вдоль границ Мельницкого переулка располагается много зелёной растительности, на дворовой территории, а так же к переулку прилегает природный парк.
Несколько севернее границ Мельницкого переулка находится Курский вокзал, около которого расположена станция метро «Курская». По Верхней Сыромятнической улице пролегает маршрут автобусов № 40.