Карьера политика Сергея Мельника началась с назначения его в 1993 г. на пост замзаведующего фин. отделом Хмельницкой госадминистрации.

В 1994 г. будущий народный депутат Украины Сергей Мельник переведён на позицию замзаведующего фин. отделом — главой отдела эконом. анализа и планирования Хмельницкого городского исполнительного комитета.

Тогда же, в 1994 г., Мельник Сергей Иванович назначен на должность зав. фин. отделом.

В 1998 году утверждён на позиции зама Хмельницкого городского головы по вопросам деятельности исполнительных органов совета — заведующего фин. отделом.

С 2000 г. Сергей Мельник занимается тем, что руководит департаментом местных финансов, а также занимает должность замглавы секретариата Союза лидеров местных и региональных властей Украины, менеджером проекта «Реформирование межбюджетных отношений». Так как Мельник в юности получил специальность бухгалтера, то почему бы не использовать свои опыт и навыки. Как результат — он активно участвовал в разработке Бюджетного кодекса Украины.

Всю свою карьеру работая с финансами и бухгалтерией, причём показывая хороший уровень результатов своей деятельности, в 2002 г. Мельник Сергей Иванович занимал должность советника Проекта поддержки эконом. и фин. реформы.

С июля 2002 г. состоит на должности начальника Департамента по бюджету Министерства финансов Украины.

Тогда же Мельника назначили начальником Главного фин. управления Хмельницкой ОГА, а в 2003 году — зампредседателя Хмельницкой ОГА.

В июле 2006 г. Сергей Мельник избран мэром Хмельницкого, выбран местными жителями на новый срок на выборах в октябре 2010 года.

А спустя 4 года глава областного центра понял, что способен на большее, и хмельничане его поддержат. И 21 ноября мэр Хмельницкого Сергей Мельник предложил свою кандидатуру в нардепы Украины, выступая как самовыдвиженец. Баллотировался он по избирательному округу №187 в своей родной области. Не зря тратил время Мельник на должности Хмельницкого городского головы — избиратели доверились ему, отдав за него наибольшее количество голосов. После того, как он одержал победу на внеочередных выборах в ВРУ VIII созыва, ему пришлось сложить с себя полномочия мэра Хмельницкого. Сергей Мельник официально стал нардепом 27.11.2014 г.

В 2005-2014 гг. Мельник Сергей Иванович состоял в ВО «Батькивщина», после избрания нардепом Мельник стал членом президентской партии «Блок Петра Порошенко», от которой и работает до сих пор.