Mellenbach-Glasbach ist ein Straßendorf, das sich mehr als fünf Kilometer im Schwarzatal erstreckt. Die Höhenlage des Ortes beträgt im unteren Schwarzatal etwa 380 Meter, Berge rechts und links des Tales steigen bis auf 600 Meter Höhe an. Insgesamt ist das Tal nur sehr schmal, sodass es von der Straße, der Schwarza, der Bahnlinie und zwei Häuserzeilen ausgefüllt ist. So reihen sich die fünf kleinen Ortsteile, aus denen die ehemalige Gemeinde 1923 gebildet wurde, im Schwarzatal aneinander. In Fließrichtung der Schwarza sind das: Zirkel, Blumenau, Mellenbach, Glasbach und Obstfelderschmiede. Der Ortsteil Mellenbach liegt nur in seinem unteren Drittel im Schwarzatal, die oberen Teile liegen in einem rechten Seitental der Schwarza, welches vom Mellenbach durchflossen wird und steil nach Oberweißbach ansteigt.
Mellenbach wurde als Melnbach 1315 erstmals urkundlich erwähnt. Die Namen der Ortsteile Mellenbach und Glasbach leiten sich von gleichnamigen Bächen ab. Der Ortsteil Obstfelderschmiede wurde 1456 als smitte an der nedirn swarctze (Schmiede an der unteren Schwarza) erstmals erwähnt und erhielt seinen heutigen Namen nach der ab 1528 belegten Besitzerfamilie Obstfelder. Am 16. Oktober 1923 wurden die Orte Zirkel, Blumenau, Mellenbach, Glasbach und Obstfelderschmiede zur Gemeinde Mellenbach-Glasbach vereinigt. Mellenbach-Glasbach zählte bis 1952 zum Kreis Rudolstadt, wechselte dann zum neugebildeten Kreis Neuhaus und mit der Thüringer Kreisgebietsreform 1994 zum Landkreis Saalfeld-Rudolstadt.
Mellenbach-Glasbach gehörte ab 1993 der Verwaltungsgemeinschaft Mittleres Schwarzatal mit Sitz in Sitzendorf an. Am 1. Januar 2019 fusionierte es mit zwei weiteren Gemeinden zur Landgemeinde Stadt Schwarzatal.