Поблизу Мельниці-Подільської виявлено археологічні пам’ятки пізнього палеоліту, трипільської, голіградської, черняхівської і празької культур.
Пізньопалеолітична пам’ятка — археологічний пункт Мельниця-Подільська-І — розташована за 500 м на південь від селища, на високому лівому березі Дністра, на городах біля лісопосадки і шосейної дороги. Знайдено нуклеуси і сколи із незначною патиною. Попередньо віднесено до періоду пізнього палеоліту.
1878 — пастушки в околицях Мельниці знайшли золотий скарб, який складався з кутих із золота корони та брошок. На думку тогочасних вчених, корона могла належати перському царю Киру Великому (530 до н. е.). Скарб придбав граф Володимир Дідушицький.
Археологічні розкопки свідчать, що територію сучасної Мельниці та її околиць люди почали заселяти з урочища Гончарівка (Левада), де виявлено поселення трипільської культури. Розкопано залишки наземних жител, а в урочищі Нове Поле – залишки слов’янського поселення 6–7 століть.
