Его отец Петр Павлович Мельгунов, московский педагог и историк, близкий друг В. О. Ключевского, стал знаменит благодаря своему учебнику «Первые уроки истории», неоднократно переиздававшемуся и вызывавшему восхищение лучших умов России. И хотя из-за развода родителей Сергей отца почти не знал, ему было суждено пойти по его стопам. В 1893 году П. П. Мельгунов умер, не оставив своей многочисленной семье почти ничего, кроме прекраснейшей библиотеки.

Полубедственное состояние вынудило Сергея уже с седьмого класса гимназии содержать себя самого, пробуя свои силы в журналистике и переводах. Благодаря счастливому стечению обстоятельств, учась лишь на первом курсе историко-филологического факультета Московского университета, он становится сотрудником «Русских ведомостей» – самой популярной и влиятельной из газет начала ХХ века. Около 10 лет сотрудничал Мельгунов в этой газете, пройдя путь от автора на случайные сюжеты провинциальной хроники до обозревателя по темам истории и церкви. Этот опыт и определил в конце концов особенность творческого облика Сергея Петровича, не ставшего после окончания университета в 1904 году «чистым», академическим историком, а гармонически соединившего в себе неослабевающий интерес к истории, профессиональную журналистику и активную общественную деятельность.

Главным предметом своего внимания историк Мельгунов сразу же выбрал историю русской церкви, прежде всего старообрядчества, сектантства. Из-под его пера на эту тему вышли следующие труды, получившие высокую оценку современников: «Церковь и государство в России» (2 кн.), «Религиозно-общественные движения в России в XVII – XVIII вв.», «Религиозно-общественные движения в России XIX в.», «Старообрядцы и свобода совести», «Великий подвижник и протопоп Аввакум», «Москва и старая вера». Кроме того, свет увидели книги Мельгунова «Дела и люди александровского времени», «Из истории студенческих обществ в русских университетах», «Студенческие организации 80 – 90 х гг. в Московском университете» и многочисленные статьи.