Die erste urkundliche Erwähnung Melchnaus geht auf das Jahr 1100 zurück. 

Die Freiherren von Langenstein und Grünenberg

Das Dorf gehörte den Freiherren von Langenstein, später den mit ihnen verwandten Freiherren von Grünenberg. Die Langensteiner gelten als Gründer des nahe gelegenen Klosters St. Urban. Die Burgruinen Langenstein und Grünenberg auf dem Schlossberg in Melchnau zeugen von einer bedeutenden Vergangenheit. Tatsächlich lag hier bis ins 15. Jahrhundert hinein das Machtzentrum des Oberaargaus. Die Freiherren von Grünenberg besassen Ländereien bis zum Jura an den Neuenburgersee und in der Innerschweiz. Sie waren enge Vertraute der Habsburger und erlebten deren Aufstieg zu König und Kaiser von Österreich. 

Die Burgruinen mit ihren verträumten Wegen, Plätzen, Höhlen und Mauern liegen verborgen im Buchenwald auf dem «Schlossberg» oberhalb der Kirche. Besonders bemerkenswert ist der mittelalterliche, erhaltene Kapellenboden aus Fliesen der Ziegelbrennerei des Klosters St. Urban.  Führungen können beim Verein Burgruine Grünenberg gebucht werden.

Mit dem Erstarken der Städte schwand der Einfluss des Landadels. Mitte des 15. Jahrhunderts fielen die Herrschaften Langenstein und Grünenberg – und somit Melchnau – an Bern. Im Bauernkrieg 1653 stellten sich die Melchnauer auf die Seite der aufständischen Emmentaler und Luzerner Bauern gegen die Berner Obrigkeit. 

Nach der Reformation wurde Melchnau als selbständige Pfarrei von Grossdietwil abgetrennt. Der erste Kirchenbau aus den Jahren 1508-1510 wurde um 1700 durch die heutige Kirche abgelöst. Zusammen mit dem aus barocker Zeit stammenden Kirchgemeindehaus bildet sie einen schönen Gebäudekomplex.

Das landwirtschaftlich geprägte Dorf

Wer sich heute auf den historischen Weg «Spuren vom Gestern zum Heute» begibt, findet etliche schöne bauliche Zeitzeugen. In Melchnau ist die Entwicklung der landwirtschafltichen Bauweise vom Hochstudhaus mit sehr langem Dach (alter Bären, erbaut 1553) zu den stirnseitig kürzer werdenden Dächern, (Salzmannhaus,  erbaut anfangs 19. Jahrhundert) bis zur reich verzierten Ründi unter dem Dach auf der Stirnseite (Käserstock, erbaut 1756) zu sehen. Im landwirschaftlich geprägten Dorf entwickelte sich allerlei den jeweiligen Bedürfnissen angepasstes Handwerk. Die Besenbinder von Melchnau waren weit bekannt. In heimischen Webkellern wurden Leinenstoffe hergestellt, die über Händler im Markthaus in Langenthal verkauft wurden.  

Die Leinenproduktion geriet in der ersten Hälfte des 19. Jh. In eine Krise. Es wurde billigere Baumwolle aus den Kolonien importiert. Viele Melchnauer verarmten und wanderten aus nach Übersee.  In Jakob Käser (1806-1878) hatte Melchnau eine herausragende Persönlichkeit, die Anstoss für viele Neuerungen gab. Er gründete 1831 den Leseverein, später den Landwirtschaftlichen Verein und die Gesellschaft für Forst- und Obstbaumzucht. Um den Armen des Dorfes neuen Verdienst zu verschaffen, gründete er die Gemeinnützige Industriegesellschaft, welche Strohmatten, später Kokosmatten, für Lehmböden in den Bauernhäusern produzierte, welche an der Landesausstellung 1883 ausgezeichnet wurden.  

Die Entwicklung von Strohmatten zu Hightechinterieur für Luft- Schiff und Bahnverkehr.

Ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung des Dorfes war die Gründung der Teppichfabrik Melchnau AG. Sie produzierte anfänglich Kokosmatten aus Kokosfasern, die aus den Kolonien über England nach Melchnau kamen. Bald entwickelte der Gründer Emil Reinhard Teppiche aus Wolle und erweiterte das Teppichangebot. Danach kamen leichte Teppiche für die Luftfahrt. Er eröffnete eine eigene Handlung, baute stattliche Häuser für Familienmitglieder und die Gjuch-Blöcke für die Arbeiter. Zusammen mit Gewerbetreibenden und Landwirten gründete er die Spar- und Leihkasse Melchnau. So wurde Melchnau ein vielseitig sich entwickelndes Dorf. Die Fabrikgebäude gehören unabdingar zum Dorfbild wie die Gjuch-Blöcke. 

Die Firma wurde 1986 an die Möbelstoffweberei Langenthal AG, später Lantal Textiles, verkauft. Lantal ist weltweit der grösste Gesamtanbieter  für textiles Interieur, wie Teppiche und Textilien für Luftfahrt, Schifffahrt und Bahnverkehr. 

Es ist eine der bemerkenswertesten Geschichten in Melchnau. Sie beginnt mit der Strohmattenflechterei in heimischen Webkellern für Lehmböden der Bauernhäuser und endet ein Jahrhundert später mit der Herstellung von Hochqualitätsteppichen und Textilien für Flugzeuge.

Die Landwirtschaft blieb bis heute ein wichtiger wirtschaftlicher Faktor. Viele innovative Landwirte haben sie über Generationen weiterentwickelt und die jetzigen Landwirte haben sich mit Diversifikation und Nischenprodukten etabliert.

Historische Führungen «Spuren vom Gestern zum Heute» bietet der Verein für Begegnung und Kultur, Forum Melchnau an.