Kari Melby er cand.philol. med historie hovedfag fra Universitetet i Oslo 1977 og dr.philos. ved Universitetet i Trondheim 1995. Her har hun vært professor siden 1994.

Hun var ansatt som forskningsleder for Senter for kvinneforskning ved universitetet i 1990 til 1998, har vært instituttleder ved Institutt for tverrfaglige kulturstudier 2002 – 2005 og prodekan for forskning ved HF-fakultetet 2005 – 2009. Hun ble prorektor for forskning og rektors stedfortreder 1. august 2009.

Melby ledet den første komiteen for "Kvinner i forskning". Hun har hatt en rekke verv i Norges forskningsråd: medlem av programstyrer, leder av områdestyret for kultur og samfunn. I dag er hun medlem av Hovedstyret og leder Divisjonsstyret for vitenskap.

I sin forskning har Melby arbeidet med moderne norsk og nordisk historie, bl.a. profesjons- og organisasjonshistorie, velferdspolitikk, politisk historie og kjønnshistorie. I de siste årene har hun vært særlig opptatt av nordisk komparasjon.