Мелвин Калвин родился 8 апреля 1911 года в Сент-Поле, в семье Розы Хервиц и Элиаса Калвина. Его родители в свое время иммигрировали в США из России. Еще ребенком Калвин проявлял большую любознательность и любовь к учебе, а к одиннадцатому классу решил стать химиком. Калвин, выиграв стипендию для обучения в Мичиганском колледже горного дела и технологии, в 1931 г. стал бакалавром естественных наук. Четыре года спустя за диссертацию на тему о сродстве к электрону йода и брома Миннесотский университет присудил ему докторскую степень по химии.

После защиты докторской диссертации проводить исследования в Англии. Возвратившись в 1937 г. в США, Калвин был назначен преподавателем химии Калифорнийского университета в Беркли. Во время второй мировой войны Калвин с 1941 по 1944 г. работал в Научно-исследовательском совете национальной обороны, а в 1944 – 1945 гг. принимал участие в Манхэттенском проекте. В этот период ученый разработал метод получения чистого кислорода из атмосферы.

В 1945 г. Калвин вернулся в Беркли адъюнкт-профессором, а два года спустя стал полным профессором. В 1946 г. он был назначен руководителем группы биоорганической химии в радиационной лаборатории Лоуренса и занимал этот пост до 1980 г. Его научные интересы лежали в области фотосинтеза – сложного процесса, в ходе которого зеленые растения используют энергию солнечных лучей, вырабатывая углеводы и кислород из углекислого газа и воды. Несмотря на то что условия, необходимые для фотосинтеза, а также его конечные продукты были известны со времени их открытия в 1772 г. Джозефом Пристли, промежуточные реакции, которые осуществляются в ходе этого процесса, оставались неизвестными.

В 1961 г. Калвину была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследование усвоения двуокиси углерода растениями». Хотя Калвин получил Нобелевскую премию по химии, его работа отличается взаимодействием научных дисциплин в подходе к химии, биологии и физике.

В 1963 г. Калвин был назначен профессором молекулярной биологии Калифорнийского университета в Беркли, а через 8 лет – профессором химии. С 1960 по 1980 г. он работал заведующим лабораторией химической биодинамики, где проводились научные исследования по таким темам, как фотосинтез и превращение солнечной энергии…

В 1942 г. Калвин женился на Мари Женевьеве Жемтегаард, сотруднице патронажной организации. У супругов две дочери и сын. Калвин – обладатель многих почетных степеней. Он был награжден медалью Дэви Лондонского королевского общества (1964), медалью Пристли Американского химического общества (1978), золотой медалью Американского института химиков (1978) и премией Оуэспера Американского химического общества (1981). Калвин являлся членом Лондонского королевского общества.