Figlio di militare, Domenico Soldiero Morelli nasce a Napoli per trasferirsi presto a Torino. Nipote del celebre pittore garibaldino Domenico Morelli (1826-1901), di cui possiede numerosi dipinti ora alla Galleria civico d'Arte moderna di Torino, si laurea in Ingegneria civile e in Architettura con un progetto di chiesa neoromanica (relatori Giovanni Chevalley e Enrico Bonicelli), per poi lavorare nei primi anni negli studi di Giuseppe Biagini, Armando Melis e Pietro Betta. Alla morte di quest’ultimo nel 1932 ne rileva lo studio con il collega Felice Bardelli, dando vita a un sodalizio professionale destinato a durare per più di sessant’anni.
La sua prima opera è la casa di via Vico 8 a Torino (ove risiederà tutta la vita), pubblicata da Edoardo Persico su «La Casa Bella» nel 1931.
Ammiratore di Bruno Taut e del Razionalismo europeo, partecipa al «Gruppo Architetti Novatori Torinesi – GANT» e firma il Manifesto per la fondazione del «Gruppo di Architetti Moderni Giuseppe Pagano». Partecipa a diversi concorsi tra cui quello per il Piano regolatore di Aosta (1° premio ex aequo), per la progettazione del 2° tratto di via Roma in Torino (2° premio ex aequo).
Durante la Resistenza è attivo nel CLN Alessandro Galante Garrone e Domenico Peretti Griva. Nel dopoguerra è assessore all'edilizia nella Giunta Amministrativa provvisoria del Comune di Torino e presidente dell'Ordine degli Architetti del Piemonte (1945-1949). «Uomo di mestiere, uomo di cantiere, sperimentatore, divulgatore, selezionatore, compositore, rifiuta la carriera universitaria più volte offertagli» (D. Bagliani, 2002). Tra le opere più significative, tutte a Torino, la Casa Tabusso (1934-1936), il palazzo per uffici SIP (1951-1957, con T. Finzi), il grattacielo per uffici RAI di via Cernaia (1960-1968, con A. Morbelli, D. Bagliani e V. Defabiani), il Palazzo delle Facoltà umanistiche dell'Università in via Sant'Ottavio («Palazzo Nuovo», 1961-1966, con Felice Bardelli, Segio Hutter e Gino Levi-Montalcini) e, con V. Defabiani, la casa ad appartamenti di via San Pio V (1963-1966) e la filiale del Monte dei Paschi di Siena di via Mazzini (1976-1984).
Tra i più alti interpreti dell’architettura regionale piemontese, grazie forse alla sua particolare formazione, Morelli sa coniugare una grande cura nell’inserimento urbanistico delle proprie opere ad una minuziosa attenzione nella risoluzione ottimale del particolare tecnologico. Di Morelli nel Biellese si conoscono, inoltre, la Villa Tucci a Ronco e il Monumento ad Alfredo Frassati a Pollone.