Nació el 25 de febrero de 1816, fruto de la unión matrimonial de Antonio Mella Alvarez y Francisca Castillo Alvarez. No existe documentación informativa sobre los centros donde cursó sus estudios durante las dos primeras décadas de su existencia pero, lo cierto es que llegó a poseer una amplia instrucción que lo capacitó para el desempeño de muchos menesteres. Contrajo matrimonio con María Josefa de Brea, perteneciente a una familia burguesa importante, aunque ninguno de los dos aportó grandes bienes al matrimonio, según hace constar en el testamento fechado 5 de mayo de 1859. Fue ya casado, cuando al parecer adquirió sus bienes y propiedades, parte de ellos por vía hereditaria tras el fallecimiento de su padre en febrero de 1837.

A su clara inteligencia y una admirable organización mental, unía un intrépido carácter, osado y valeroso, una particular intuición para la estrategia bélica, y dotes diplomáticas. Dominaba el francés.

No se sabe tampoco cuando conoció a Juan Pablo Duarte pero, fundada la Sociedad Secreta "La Trinitaria", se adhirió a ella en calidad de "comunicado" , junto a Francisco del Rosario Sánchez y Félix María Del Monte. Duarte vio en Mella un discípulo de condiciones excepcionales y lo designó para substituir a Juan Nepomuceno Ravelo cuando éste fracasó en las gestiones que le encomendara, de llegar a un acuerdo con los dirigentes haitianos cuando se organizaba el movimiento de la Reforma (paso previo para alcanzar la independencia). Mella alcanzó un éxito total.

Al estallar la rebelión independentista la noche del 27 de febrero de 1844, Mella dispara su famoso trabucazo en la Puerta de la Misericordia, partiendo desde allí los conjurados hacia la Puerta del Conde, donde es proclamada la República e izada la Bandera Dominicana.

Cuando el general Pedro Santana en sus afanes colonialistas desata la persecución a los seguidores del ideario Duartiano, Mella es apresado y desterrado. Volvió al país en 1848 amparado por la Amnistía decretada por el Presidente Manuel Jiménez. Cuando Faustino Soulouque invade el país, Mella se incorporó al Ejército, destacándose en la famosa Batalla de Las Carreras, tras la cual hace las paces con Santana, a pesar de que lo había apresado y deportado anteriormente. Por un tiempo Mella pareció olvidarse de los ideales duartianos y desempeñó varios cargos entre los cuales se encontró la presentación a España de la alternativa entre el protectorado del país o el reconocimiento de su independencia. Sin embargo, arrepentido de su actuación, cuando en 1860 tiene noticias de los planes de Santana para proponer la anexión de la República a España se disgustó con él, oponiéndose rotundamente al proyecto, siendo nuevamente encarcelado y 72 días más tarde deportado una vez más.

Días antes de desatarse la epopeya Restauradora retorna a Santo Domingo, sumamente enfermo, razón por la cual se le permitió desembarcar y tan pronto se dio el grito de Capotillo, partió hacia San Francisco de Macorís para integrarse a las luchas del pueblo en armas. El 17 de marzo de 1864 fue electo Vicepresidente de la República, ya en las proximidades de su muerte que habría de producirse el 4 de junio de ese año en la ciudad de Santiago, semidestruida por un incendio. Antes de morir tuvo la alegría de abrazar a Duarte nuevamente, su viejo maestro, cuyas prédicas había vuelto a obedecer. Pidió que lo enterraran envuelto en la Bandera Nacional y, así se hizo.