A. M. Mellbye hadde en omfattende arkitektpraksis, hovedsakelig med arbeider utført i Oslo. Han virket også som skribent og kritiker, i første rekke gjennom Dagbladet, men også i arkitektenes fagtidsskrifter.Mellbye vokste opp i Oslo og tok examen artium på Frogner skole 1937. Han begynte på Norges tekniske høgskole (NTH) året etter. Den annen verdenskrig førte imidlertid til avbrudd i studiene, og han oppholdt seg i Sverige 1941–42 og i Storbritannia 1942–45 som befal i de norske styrkene. 1945 vendte han tilbake til NTH og tok diplomeksamen 1946.

1946–47 var Mellbye ansatt hos arkitekt Kurt von Schmalensee i Norrköping i Sverige. Deretter fulgte ansettelse hos arkitektene Karen og Odd Brochmann i Oslo 1948–51, etterfulgt av kompaniskap 1951–52. 1952 etablerte han egen arkitektpraksis i Oslo, som han drev frem til 1990.

P. A. M. Mellbyes arkitektarbeider er bygd på dyp forståelse av oppgavenes funksjonelle krav i kombinasjon med en fast, nærmest fortettet arkitektonisk formgivning. Boligbygging var en hovedoppgave etter krigen, og på dette feltet ble hans evner til rasjonell og prinsipiell tenkning gode redskaper i utvikling av nye løsninger. Sammen med Odd Brochmann tegnet han eksperimenthus i Nydalen i Oslo i et utviklings- og forskningssamarbeid med industribedrifter, hvor ulike konstruksjonsmetoder og plantyper ble prøvd ut. Hans enebolig Slemdalsveien 28 i Oslo, og “Maarudhuset”, et typehus utviklet for Maarud bruk, er uttrykk for arbeidet med å finne utradisjonelle og samtidig funksjonelle løsninger. En betydelig innsats er lagt ned i institusjonsbygg, flere for psykisk utviklingshemmede, som bygningene for Emma Hjorths hjem ved Sandvika i Bærum. Tryvannstårnet i Oslo var en særlig utfordrende oppgave, hvor den elektroniske teknikkens krav måtte forenes med god arkitektonisk form på den vidt eksponerte Tryvannshøgda.

Formmessig kan også Bredtvet kompetansesenter i Oslo og Vekterkvarteret, forretningssenteret sentralt i Moss, stå som representanter for Mellbyes arkitektur, med sin vekselvirkning mellom mørkt treverk og hvitmalt betong. I boligene for Ullevål sykehus i Sognsveien i Oslo gjenfinnes det samme tema, men her brukt i vertikal linjeføring som understreker bygningenes høyde og gir karakter i blokkomgivelsene, mens eksempelvis Vekterkvarteret, som ble belønnet med Betongtavlen 1966, tilpasser seg Moss sentrums lave bebyggelse.

Parallelt med arkitektarbeidet var Mellbye en betydelig bidragsyter i arkitektenes fagblader, Byggekunst og Arkitektnytt, dessuten i Bonytt og i dagspressen, i første rekke Dagbladet, hvor han var fast skribent og leverte 150 artikler i en serie 1986–92. Dette gjenspeiler et bevisst ønske om å løfte arkitekturdebatten frem i det offentlige rom, men han arbeidet også innad og formulert krav til egen yrkesgruppe og til arbeidet med faglige så vel som organisasjonsmessige spørsmål.

Mellbye var formann for Oslo Arkitektforening (OAF) 1959–60 og medlem av Norske Arkitekters Landsforbunds (NAL) styre 1964–72. Her ble han valgt til visepresident og senere president. Deretter fulgte vervet som norsk formann for Nordisk byggedag 1975–85. Han deltok ved stiftelsen av Norges Praktiserende Arkitekter, men forlot senere denne organisasjonen. Mellbye var gjesteprofessor ved Arkitekthøgskolen i Oslo 1966–67 og har vært sensor for diplomarbeider der og ved NTH i flere perioder.

1959 mottok Mellbye stipend fra Carl Michael Egers legat, OAFs fremste utmerkelse. For sin innsats i arkitektenes organer ble han utnevnt til æresmedlem i NAL 1994. Fra 1998 mottok han stipend fra Statens kunstnerråd.

Også utenfor arkitektkretsene har samfunnet nytt godt av Mellbyes innsats. Han var medlem av det norske Marshall-teamet til USA 1951, som utsending for byggeindustrien, og deltok der i omfattende studier som ledd i gjenoppbyggingen av landet etter krigen. Han var formann for Krisefondet for Det sørlige Afrika 1959–62 og innvalgt i Oslo bystyre for Natur- og miljøvernlisten 1972–75. P. A. M. Mellbye ble tildelt Deltagermedaljen med rosett for sin innsats 1942–45.