В 2014 году Ангелина Мельникова на турнире L’International Gymnix выиграла золотую медаль в командном первенстве и серебро в многоборье и брусьях, а также бронзу вольных упражнениях[4]. На первенстве России среди юниоров завоевала золото в командном первенстве, многоборье, бревне и вольных упражнениях[4]. На чемпионате Европе среди юниоров вместе с Марией Бондаревой, Дарьей Скрыпник, Седой Тутхалян и Анастасией Дмитриевой завоевала золото в командном первенстве, также завоевала золото в личном многоборье, бревне. Серебро на брусьях, шестое место в опорном прыжке[4].
2015 год
В первенстве России среди юниоров завоевала золото в командном первенстве и бревне, также серебро в личном многоборье и вольных упражнениях и пятое место на брусьях. В турнире Elite Gym Massilia, проводимый в Марселе, Франция завоевала серебро в команде вместе с Дарьей Скрыпник, Евгенией Шелгуновой и Натальей Капитоновой, а также золото в многоборье и заняла пятое место на брусьях и шестое в вольных упражнениях[4].
2016 год
На чемпионате России 2016 в Пензе Мельникова одержала победу в многоборье и на бревне, а также стала второй на вольных, проиграв Ксении Афанасьевой и пятой на брусьях. После успешного дебюта на взрослом уровне 15-летняя гимнастка была включена в состав национальной сборной. Победила в командном многоборье на чемпионате Европы 2016 в Берне и заняла пятое место на бревне[источник не указан 798 дней].
С 2017 года Мельникова стала капитаном женской команды, сменив Алию Мустафину[5]. На чемпионате России завоевала серебро в командном многоборье, бронзу в опорном прыжке и на бревне и стала 11 в личном многоборье и восьмой в вольных упражнениях. На чемпионате Европы в апреле 2017 года в Румынии (Клуж-Напока) стала чемпионкой Европы в вольных упражнениях с суммой 14,100 балла и заняла восьмое место в опорном прыжке[источник не указан 798 дней].
На проходившем в московском спорткомплексе «Олимпийский» в декабре 2017 года XXIV турнире по спортивной гимнастике на кубок Михаила Воронина завоевала золото в личном многоборье среди взрослых. Сборная России, которую представляли Александра Щеколдина, победившая в юниорских соревнованиях, и Ангелина Мельникова, в итоге заняла первое место в командном первенстве[источник не указан 798 дней].
2018 год
В 2018 году на чемпионате России в Казани, Мельникова стала первой в многоборье, а также в упражнениях на брусьях, бревне и вольных упражнениях. В опорном прыжке стала второй, уступив Виктории Трыкиной[источник не указан 798 дней].
На Кубке России взяла золото в командном первенстве, многоборье и брусьях[6].
В 2019 году на чемпионате России в Пензе завоевала серебряную медаль в команде в составе ЦФО, а также серебро в опорном прыжке и в упражнении на бревне. На брусьях стала третьей, а вольных упражнениях победила[источник не указан 798 дней].
На чемпионате Европы 2019 в Щецине завоевала бронзовую медаль в личном многоборье, а также серебро в упражнении на брусьях и бронзу — в вольных упражнениях.
На Европейских играх 2019 завоевала золото в личном многоборье и брусьях, а также серебро в опорном прыжке и на бревне[9].
На чемпионате Европы 2021 в Базеле обошла в квалификации дебютантку Викторию Листунову, но в основных соревнованиях в личном многоборье допустила грубые ошибки в упражнениях на бревне и на брусьях и в итоге стала серебряным призёром, уступив Листуновой[10]. В соревнованиях на отдельных снарядах выиграла свою чётвертую золотую медаль чемпионатов континента, показав лучший результат в упражнениях на брусьях, а также заняла третье место в опорном прыжке и второе — в вольных упражнениях[источник не указан 798 дней].
На чемпионате мира 2021 стала чемпионкой мира в личном многоборье. Золото Мельниковой в личном многоборье стало первым для России с 2010 года, когда чемпионкой стала Алия Мустафина[14]. Через 2 дня после победы в многоборье завоевала бронзовую медаль в опорном прыжке[15]. На следующий день завоевала серебряную медаль в вольных упражнениях[16].
2024 год
31 июля 2024 года на разминке перед Кубком России в Новосибирске Ангелина Мельникова получила повреждение ноги, из-за чего вынуждена была сняться с турнира[17]. У спортсменки диагностировали разрыв головки икроножной мышцы, девушке наложили гипс[18].
С 3 августа по 14 сентября 2024 в онлайн-кинотеатре «Кинопоиск» выходил 8-серийный сериал Евгения Стычкина «Игры», где Ангелина сыграла роль советской спортсменки-гимнастки Елены Травниной[19].
Медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» I степени (25 августа 2016) — за высокие спортивные достижения на Играх XXXI Олимпиады 2016 года в городе Рио-де-Жанейро (Бразилия), проявленные волю к победе и целеустремлённость[20].
Орден Дружбы (11 августа 2021) — за большой вклад в развитие отечественного спорта, высокие спортивные достижения, волю к победе, стойкость и целеустремлённость, проявленные на Играх XXXII Олимпиады 2020 года в городе Токио (Япония)[21].