Melchor de Moscoso y Sandoval (m. 1632) fue un noble y religioso español.
Por ello, fue hermano, entre otros, de Gaspar de Moscoso Osorio y Sandoval, VI conde de Altamira.
Estudió teología en la Universidad de Salamanca, de la que después fue rector y catedrático.
Ocupó los cargos de arcediano de Alarcón, canónigo de la catedral de Cuenca, sumiller de cortina y capellán mayor de Felipe IV, sumiller de oratorio del cardenal-infante Fernando de Austria y finalmente obispo de Segovia.
Fue nombrado para gobernar la diócesis en 1624, y permaneció en ella hasta 1632 en que falleció, aunque intentó conseguir la renuncia al cargo y profesar en el monasterio de Santa María de El Paular, cuya iglesia consagró en 1629, y en la que fue enterrado a su muerte.