Après l’obtention de son diplôme de doctorat en pharmacologie moléculaire à l’Université de Montréal, en 1988, Sylvain Meloche effectue un stage postdoctoral en immunologie à l’Institut de recherches cliniques de Montréal, puis un second en biochimie à l’Université de Nice, en France.

En 1992, il débute sa carrière d’enseignement et établit ses activités de recherche au Centre hospitalier de l’Université de Montréal. Chercheur principal de l’Unité de recherche en signalisation et croissance cellulaire, il se joint à l’IRIC en 2003. Sylvain Meloche est aussi professeur titulaire au Département de pharmacologie et physiologie de la Faculté de médecine de l’Université de Montréal.