Sultan Alparslan’ ın daha büyük oğulları varken 1066’da Radgan’da yapılan bir törenle önce veliaht, Babasının ölümü üzerine de 1072’de sultan ilan edildi. 1073’te Abbasi halifesinden sultanlığını onaylayan “ahitname” ve “sancak” geldi. 1074’te Batı Karahanlı Hanlığı’nı Selçuklulara bağladı. 1075’te Kafkasya’ya yöneldi. Gürcistan’ın bazı bölgelerini ele geçirdi. Başkenti Rey’den İsfahan’a taşıdıktan sonra Kafkasya’ya ikinci seferini düzenledi (1076). Bunu, 1078′ deki üçüncü sefer izledi. Bu seferle Kafkas Dağları’ndan Hazar Denizi’ne kadar olan geniş bir bölge Selçuklu sınırlarına katıldı. 1077’de kardeşi Tu- tuş’u Suriye melikliğine, Emir Porsuk’ u da Anadolu’ya göndererek Suriye’de Atsızın da Süleyman Şah’ın birer devlet kurmalarını önlemeyi amaçladı. Tutuş, Atsızı yakalayarak boğdurdu. Böylece Suriye Selçuklu Sultanlığı’nın ilk sultanı oldu. Melikşah 1077-1078 arasında düzenlediği Maveraünnehir Seferi’nde Buhara ve Semerkant’ı aldı. Batı Karahanlı Devleti kesin olarak Selçuklu buyruğuna girdi. 1082’de Harran ve Humus ele geçirildi.
1085’te Mervaniler yönetimindeki Amid (Diyarbakır) kalesi ve çevresindeki otuza yakın kale Selçukluların eline geçti. Ekim 1086’da Suriye Seferi’ne çıkarak önce Musul’a, oradan da Halep’e geldi. 1087 ilkbaharında Halep’ten gönderdiği birlikler Urfa’yı aldılar. Antakya’ya geçen Melikşah, buradan Bağdat’a geçti. Abbasi başkentinde görkemli bir törenle karşılandı. 1089’da büyük bir orduyla Maveraünnehir’e yürüdü. Semerkant’ı yeniden ele geçirdi. Buradan
Kaşgar’a yöneldi ve Balasagun’u aldı, Çin sınırına kadar ilerledi. Orta Asya’ daki boyları ve hanlıkları kendisine bağladı. 1091’de Türkistan’a sonuncu seferini yaparak karışıklıkları yatıştırdı ve o yılın ekim ayında Bağdat’a hareket etti. Kısa sürede Mekke, Medine ve Hicaz’ m Yemen ve Aden bölgelerinin büyük bölümü ele geçirdi. 1092’de Nizamülmülk’ün bir Bâtıni fedaisi tarafından hançerlenerek öldürülmesinden sonra, eşi Terken Hatun’un isteği üzerine Tacülmülk’ü vezirliğe atadı. Bundan sonraki gelişmelerin birçoğu Melik şah’ın bilgisi dışında Terken Hatun, Tacülmülk ve Halife el-Muktedir arasındaki pazarlıklar sonucu oluştu. Melikşah, 20 Kasım 1092’de Bağdat yakınlarında avlanırken ansızın hastalandı ve öldü. İsfahan’da yaptırdığı kendi türbesine gömüldü.
Melikşah dönemi yalnızca Selçuklu tarihinin değil, tüm Türk-İslâm tarihinin en parlak ve en görkemli dönemlerinden biridir. Hükümdarlığı döneminden Büyük Selçuklu Devleti’nin sınırları, Türkistan’ dan Marmara’ya, Kafkas Dağları’ndan Yemen’e kadar uzanan bir alana yayıldı. Sanatı, sanatçıları ve bilginleri korudu. Döneminde Gazali, Ömer Hayyam, Kaşgarlı Mahmut, İbni Cezele, Abdülkadir Cürcani gibi düşünür, dilçi, hekim, şair gibi ünlü kişiler yetişti.