Графство Мельгёй возникло в конце 8в. вокруг современного города Могио, название которого в средние века имело форму Мельгёй. О первых графах и ранней истории графства известно мало, но по всей видимости, графство как феодальное владение возникло ещё во времена Вестготского королевства. Первые же епископы Мельгёй упоминаются ещё с 6в.
К 812г. графство Мельгёй вошло в состав марки Септимания, которая позже станет известна как Маркизат Готия. Фактически графство оставалось в составе Маркизата примерно до 878г.
27 апреля 1085г. граф Пьер де Мельгёй признал сюзеренитет папы римского Грегория VII и присягнул ему на верность. Однако уже его потомки не признали этот высокий суверенитет.
В 1132г. графиней Мельгёй стала Беатриса де Мельгёй. В 1135г. власть в графстве перешла к её мужу - Беренгеру Раймонду I (1135-1144), графу Прованса. Однако, он вскоре умер.
В 1146г. Беатриса второй раз выходит замуж и власть в графстве Мельгёй переходит к её супругу Бернару де Нарбонн-Пеле, сеньору Аля (Сеньория Алес). Это дало начало новой, но недолгой правящей ветви в графстве - Нарбонн-Пеле.
Следующей правительницей Мельгёй стала Эрмессенда - дочь Беатрисы и её второго мужа. Первоначально она была выдана замуж за Пьера Бермона, сеньора де Сов и де Сомьер, вместе с приданым в половину графства. Вторая половина отошла 8-летней внучке Беатрисы (по линии первого мужа) Дульсе, графине Прованса, помолвленной с Раймондом, старшим сыном Раймонда V Тулузского.
Тем не менее, в 1172г. умирают и Пьер Бермон, и Дульса. Беатриса выдаёт Эрмессинду замуж за того самого Раймонда, отдав уже в приданое графство Мельгёй полностью. Тем самым она лишает наследства своего сына Бертрана Пеле, который безуспешно пытался оспорить это решение. Он даже принёс оммаж королю Арагона Альфонсу II, но не получил от него реальной помощи.
Эрмессинда умерла в 1176г., завещав свои владения мужу. Тем самым Мельгёй перешло к графам Тулузы.
В ходе Альбигойского крестового похода (1209-1229) в 1213г. графство Мельгёй было конфисковано Римским папой Иннокентием III и в 1215г. преобразовано в епископство Магелон.