Воспитанник: «Ак Барс» Казань.

Вслед за старшим братом Андреем, с пяти лет начал заниматься хоккеем в родном Нижнекамске. В 13 лет перебрался в хоккейную школу казанского «Ак Барса».

С 2007 по 2009 год регулярно выступал за юношескую сборную по Приволжскому Федеральному Округу – 15 матчей, 14 (8+6) очков.

В 2009 году стал победителем юношеского Первенства России среди игроков 1993 г. р. и был признан лучшим нападающим турнира.

В первом сезоне МХЛ 2009/10, за казанский «Барс», успел провести десяток встреч в одной команде со Станиславом Галимовым. Всего в дебютном сезоне 16-летний юниор сыграл 15 (2+4) матчей в чемпионате и 5 игр в плей-офф (1 гол).

В 2010 году выбран «Атлантом» на драфте КХЛ (5-й раунд, 105-й общий номер). «Ак Барс» не стал защищать права на игрока, и Шмелев перешел в подмосковный клуб.

В МХК «Атланты» – с 2010 года.

В первом сезоне за «Мытищинских Атлантов» стал вторым бомбардиром клуба – 39 (17+22) очков в 42 играх чемпионата и плей-офф.

В сезоне 2011/12, в тандеме с Александром Кадейкиным стал лучшим бомбардиром команды в регулярном чемпионате, набрав 61 (27+34) очко и заработав 9 (5+4) баллов в 11 играх плей-офф.

В сезоне 2012/13 – 38 (13+25) очков в 39 играх чемпионата МХЛ. В команде имеет негласное звание главного специалиста по исполнению штрафных бросков.

18 января 2013 года дебютировал за «Атлант» в КХЛ, в гостевой игре с донецким «Донбассом» (0:3). 22 января – первый гол в домашнем матче против «Спартака» (5:2). Первая голевая передача – 25 января, выездная встреча с нижегородским «Торпедо» (5:3).

Карьера в сборной России:

В 2009 году ударно дебютировал в составе юниорской сборной России на «Турнире 4-х наций» – 5 голов + 4 передачи в трех играх. Также, привлекался в юниорскую сборную в 2010 и 2011 году.

В августе 2012 года вместе с Сергеем Твердохлебовым выступал за молодежную сборную России на Суперсерии со сверстниками из Канады (2 игры, 1 голевая передача).