- Do signo de Áries;
- É descendente de italianos e de franco-canadenses;
- Formado em História pela Universidade do Colorado;
- Chegou a trabalhar como operário da construção civil;
- Também trabalhou como segurança, barman e personal trainer antes de ingressar na dramaturgia;
- Casou-se em 1995 com a desenhista de produção Sherman Williams (Rotação Máxima);
- Sua filha Sophia Eva Pietra (2001) e o filho Dante Amadeo (2004) nasceram de barriga de aluguel;
- Costumam dizer que ele lembra um jovem Robert De Niro;
- No início da carreira, foi frequentemente confundido com o também ator Elias Koteas (Deixe-me Entrar);
- Sua estreia na dramaturgia aconteceu com uma pequena participação na televisão, na série The Equalizer, em 1988;
- Em 1989, fez um mesmo personagem em onze episódios do seriado 1st & Ten (1989);
- Em 1990 veio o seu primeiro papel em um filme, When Will I Be Loved?, feito para a televisão;
- O primeiro longa no cinema de maior projeção foi Junior (1994), onde trabalhou com astros, como Arnold Schwarzenegger e Danny DeVito;
- Participou de muitas produções (séries, miniseries e telefilmes) para a televisão;
- Era a voz do personagem Spike no famoso seriado Família Dinossauro (1991);
- Muito conhecido pelos fãs do seriado Law & Order: Special Victims Unit, onde passou a interpretar o detetive Elliot Stabler em 1999;
- Em 2007, renovou seu contrato para continuar na série por mais duas temporadas, recebendo um salário anual de US$ 6.5 milhões;
- Sua parceira no seriado, a atriz Mariska Hargitay, é madrinha de sua filha Sophia;
- O personagem Elliot Stabler aparece em duas outras séries além da original: Lei & Ordem (1990) e Law & Order: Trial by Jury (2005);
- A tatuagem dos fuzileiros navais americanos tatuado em seu braço é falsa. Foi feita apenas para o seriado Law & Order: Special Victims Unit;
- Meloni possui duas verdadeiras: uma borboleta na coxa e uma representação de Cristo no braço esquerdo;
- Dois de seus personagens na televisão de grande sucesso pertencem a áreas opostas: Chris Keller, o assassino serial do seriado Oz e Elliot Stabler, o detetive linha dura do seriado Law & Order: Special Victims Unit;
- Sua estreia como diretor de um longametragem aconteceu com a comédia Dirty Movie (2011), onde também trabalhou como ator;
- Deixou a série Law & Order: Special Victims Unit em maio de 2011 após mais de 12 anos ininterruptos;