Otto Mellies wurde am 19. Januar 1931 in Stolp in Ostpommern geboren. Nachdem seine Mutter und seine Schwester in den Kriegswirren aus Angst vor der Roten Armee Suizid begangen hatten und Mellies nur zufällig überlebt hatte, war er auf sich allein gestellt. Nach dem Krieg absolvierte er von 1947 bis 1949 eine Ausbildung am Schweriner Theater unter der Leitung der Schauspieldirektorin Lucie Höflich. Auch sein Bruder Eberhard verfolgte später eine Karriere als Schauspieler. Nach Stationen in Neustrelitz, Stralsund, Rostock und Erfurt holte ihn der Intendant Wolfgang Langhoff 1956 an das Deutsche Theater Berlin, dem er die ganzen folgenden Jahrzehnte angehörte.

Zum ersten mal vor der Kamera stand Mellies in einer Nebenrolle in Franz Barrensteins Unterhaltungsfilm "Sommerliebe" (1955), gefolgt von Auftritten in Martin Hellbergs Literaturverfilmung "Kabale und Liebe" (1959), der Jacques-Offenbach-Operette "Die schöne Lurette" (1960) von Gottfried Kolditz, sowie "Minna von Barnhelm oder das Soldatenglück" (1962), erneut unter der Regie von Martin Hellberg. Neben diesen Klassikeradaptionen und Bühnenverfilmungen spielte Otto Mellies jedoch auch in Gegenwartsstoffen, beispielsweise als deutscher Arbeiter Erich in Gottfried Kolditz' "Simplon-Tunnel" (1959): Vor dem Hintergrund des Aufbaus einer Eisenbahnverbindung zwischen der Schweiz und Italien entfacht seine Liebe zu der Italienerin Rosa einen Streit mit einem italienischen Arbeiter. In "Der Arzt von Bothenow" (1961) unter der Regie von Johannes Knittel ist er als junger, erfolgreicher Berliner Arzt zu sehen, der seinen Arbeitsplatz in der Großstadt aufgrund eines schwerwiegenden Fehlers verlassen muss. Im provinziellen Bothenow versucht er, sich von seinem anspruchsvollen Lebensstil zu verabschieden und sein Leben neu zu ordnen.

Mit der Darstellung des titelgebenden Helden in "Dr. Schlüter" (1965) von Achim Hübner war Mellies nicht nur erstmals im Fernsehen zu sehen, sondern wurde auch über die Grenzen der DDR hinaus bekannt. In dem populären Fünfteiler verkörperte er einen karrierebesessenen Chemiker, der von seinem Schwiegervater, dem Industriellen Vahlberg, zu Beginn des Zweiten Weltkriegs gebeten wird, das Chemiewerk eines Konzentrationslagers in Polen zu übernehmen. Er entschließt sich zur Flucht und kehrt erst Jahre später nach Deutschland zurück.

Seit den 1970er Jahren war Otto Mellies vor allem im Theater zu sehen, wirkte bei verschiedensten Produktionen mit und arbeitete außerdem als Synchronsprecher. Seine Stimme lieh er Schauspielern wie Paul Newman, Christopher Lee und Sean Connery. Außerdem sprach er Hörspiele und hielt Lesungen. Auch seine Arbeit bei Fernsehproduktionen führte er fort. Dabei war Mellies zunächst öfter in Episoden von "Polizeiruf 110", ab Anfang der 1990er dann auch immer wieder im "Tatort" und anderen TV-Serien zu sehen.

2006 feierte er sein 50. Bühnenjubiläum am Deutschen Theater in Berlin. Ein Jahr später war er im erfolgreichen Spielfilm "Frei nach Plan" von Franziska Meletzky zu sehen, der beim 10. Internationalen Filmfestival von Shanghai mit dem Jin Jue Award in der Kategorie "Bester Film" ausgezeichnet wurde. 2012 wurde Mellies für seine Rolle als Vater des tödlich erkrankten Protagonisten in Andreas Dresens "Halt auf freier Strecke" (2011) mit dem Deutschen Filmpreis als Bester Darsteller in einer Nebenrolle ausgezeichnet.

In Kilian Riedhofs "Sein letztes Rennen" (2013) spielte er an der Seite von Dieter Hallervorden, in Roland Suso Richters TV-Dokudrama "Die Spiegel-Affäre" (2014) hatte er einen Auftritt als Konrad Adenauer, auch im gefeierten "Tatort: Im Schmerz geboren" in der Regie von Florian Schwarz war er in einer Nebenrolle zu sehen. Seinen letzten Filmauftritt hatte er als verbitterter ehemaliger DDR-Richter in der Berliner "Tatort"-Folge "Das Leben nach dem Tod" (2019).

Otto Mellies starb am 26. April 2020 im Alter von 89 Jahren.

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