Søren Mellemkjær er født i Brønderslev og fik matematisk-fysisk studentereksamen fra Brønderslev Gymnasium i 1980. Han blev læge fra Aarhus Universitet i 1990 og gennemførte sin turnusuddannelse i Silkeborg og Randers. Han var ansat som forsker i 3 år ved Farmakologisk Institut, Aarhus Universitet, og udførte dyreeksperimentelle studier af isolerede hjerter og blodkar. Han forsvarede sin ph.d.-afhandling ved Aarhus Universitet i 1996 omhandlende hjerte-kredsløbsvirkninger af nye lægemidler med virkning på ion-kanaler. Efter ansættelser på medicinske afdelinger i Aarhus og Vejle blev Søren speciallæge i intern medicin i 2002 og i hjertemedicin i 2006. I 2006 blev Søren ansat som afdelingslæge ved Hjertemedicinsk Afdeling, Aarhus Universitetshospital, og i 2012 overlæge samme sted.
I 2005-2006 var Søren Mellemkjær ansat på St. Vincent’s Hospital i Sydney, Australien, hvor han subspecialiserede sig i hjertesvigt, hjertetransplantation og forhøjet lungeblodtryk. Søren Mellemkjær er forfatter til mere end 20 artikler i internationale lægevidenskabelige tidsskrifter. I sin fritid interesserer Søren Mellemkjær sig for bl.a. skønlitteratur, klassisk musik og fotografering.
