Nació en Lima, Perú el 10 de enero de 1765.

A los 24 años decide ingresar a la orden de Nuestra Señora de la Merced, donde se ordena sacerdote. Realiza estudios en la Universidad de San Marcos y obtiene el grado de Doctor en Teología.

En 1796 atraviesa por diversas dificultades con otros religiosos, por lo que solicita su secularización. Recibe la autorización para viajar y en 1799 llega a la Nueva España, donde se instala en el Convento Mercedario de la capital.

Fray Melchor gusta de la lectura y dedica la mayor parte del tiempo a sus estudios, entre los libros que llegan a sus manos se encuentran, incluso, los de algunos autores prohibidos como Adam Smith y Montesquieu.

En 1807 es comisionado por el virrey para realizar estudios sobre Texas y Luisiana. Lejos del convento conoce a un grupo de criollos con los que intercambia ideas y llegan a coincidir que la invasión francesa en España generó la posibilidad de independizarse de la Corona, ante la falta de un gobierno legítimo.

Este grupo se dedica a propagar sus ideas y se reúnen de manera oculta para conspirar. Talamantes comparte sus ideas con el virrey José de Iturrigaray, quien en 1808 empieza a analizar las posibilidades de independizar la colonia y convertirla en una organización republicana bajo la tutela de una Junta Autónoma.

La conspiración fue descubierta, así como varios documentos en los cuales Fray Melchor explicaba la separación legal de las colonias: Representación nacional de las colonias, Discurso filosófico y Advertencias reservadas a los habitantes de la Nueva España acerca del Congreso General. Talamantes, el virrey y el resto de los conjurados fueron detenidos y conducidos al convento de San Fernando, donde sólo pasó la noche porque un día después fue trasladado a las cárceles de la Inquisición.

Talamantes permaneció en las cárceles secretas hasta el 6 de abril de 1809. Sus jueces fueron el oidor González Carvajal, por lo civil, y el vicario Fonte por lo eclesiástico. Dictada la sentencia fue expatriado a España, bajo partida de registro. Estuvo detenido y sujeto con grillos en la en la cárcel de San Juan de Ulúa; esperando su embarque, enfermó de fiebre amarilla, murió en mayo de 1809.

Fray Melchor de Talamantes, es considerado como uno de los principales precursores del movimiento de independencia mexicano.