Ο Μανώλης Βελονάκης σπούδασε Ιατρική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών, Υγιεινολόγος στην Υγειονομική Σχολή Αθηνών (νυν ΕΣΔΥ), είναι Διδάκτορας της Ιατρικής Σχολής Αθηνών και έχει τις ειδικότητες της Βιοπαθολογίας και Ιατρού Δημόσιας Υγείας (Κοινωνικής Ιατρικής). Από το 1988 είναι Επιστημονικός Συνεργάτης του Τομέα Μικροβιολογίας της ΕΣΔΥ, και από το 2008 είναι Αναπληρωτής Επιστημονικός Υπεύθυνος και Τεχνικός Υπεύθυνος του Κεντρικού Εργαστηρίου Δημόσιας Υγείας.
Έχει ποικίλο διδακτικό και ερευνητικό έργο, αλλά και έργο αντιπροσώπευσης της ΕΣΔΥ και της Ελλάδας σε Οργανισμούς όπως η ASPHER, o WHO, το ECDC κλπ. Είναι φοκαλ ποιντ για τη Legionella spp. για την Ελλάδα στο ECDC. Είναι συγγραφέας δύο βιβλίων και ερευνητικών και άλλων εργασιών σε ελληνικά και ξένα επιστημονικά περιοδικά, καθώς και πολλαπλές φορές με εισηγήσεις και ανακοινώσεις σε συνέδρια τόσο στον ελληνικό χώρο, όσο και στο εξωτερικό. Έχει υπάρξει επανειλημένα Πρόεδρος και μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου του Διδακτικού και Ερευνητικού Προσωπικού της ΕΣΔΥ και έχει παρουσία σε διάφορα κοινωνικά και άλλους τόπους δημόσιας συζήτησης.
Τα ακαδημαϊκά και ερευνητικά του ενδιαφέροντα εστιάζονται στα πεδία της πρόληψης για τα υδατογενή και τροφιμογενή νοσήματα, την οργάνωση, ποιότητα και λειτουργία Εργαστηρίων Δημόσιας Υγείας την απολύμανση/αποστείρωση και συμπαθεί ιδιαίτερα το βακτήριο της Λεγεωνέλλας.