Iniciou seus estudos de violoncelo no Rio de Janeiro com a Prof.ª Nydia Soledad Otero, e graduou-se como Bacharel em Violoncelo no New England Conservatory, em Boston, E.U.A., onde estudou com Madeleine Foley, discípula de Pablo Casals.
Carioca, em 47 anos de carreira como músico, Morelenbaum tomou parte em 841 álbuns, colaborando com importantes nomes da Música Brasileira como Antonio Carlos Jobim, Caetano Veloso, Gilberto Gil, Egberto Gismonti, Gal Costa, Milton Nascimento e Chico Buarque, entre muitos, como violoncelista, compositor, arranjador, regente e produtor. Participou de produções musicais com artistas internacionais, entre eles Sting e Ryuichi Sakamoto. Gravou com os portugueses Mariza, Carminho, Madre Deus, Dulce Pontes, Danças Ocultas e Rui Veloso, as cabo-verdianas Cesária Évora e Mayra Andrade, os franceses Michel Legrand, Juliette Greco e Henri Salvador, o angolano Paulo Flores, os japoneses Sadao Watanabe, Goro Ito, Choro Club e Gontiti, os norte-americanos David Byrne, Melody Gardot e Chris Botti, os espanhóis Maria Dolores Pradera, Clara Montes e Presuntos Implicados, os italianos Paolo Fresu, Luciano Pavarotti, Patty Pravo, Mario Biondi, Massimo Modugno e Adriano Celentano, a russa Ksenia, os argentinos Fito Paes, Jairo e León Gieco, os colombianos Santiago Cruz e Antonio Arnedo, o cubano Omar Sosa e a mexicana Julieta Venegas.
Recebeu o Grammy na categoria World Music, como produtor do álbum “Livro” de Caetano Veloso, o Grammy Latino de Melhor Disco de Música Brasileira, pelo álbum “Noites do Norte”, também de Caetano Veloso, e o Grammy Latino de Melhor Longa Metragem de Música Pop por sua co-produção do Acústico MTV de Julieta Venegas.
Participou da Nova Banda de Tom Jobim como violoncelista e produtor de 1985 a 1994, excursionou o mundo todo tocando com Egberto Gismonti de 1988 a 1993, foi violoncelista, arranjador e diretor musical de Caetano Veloso de 1991 a 2005, colaborou com Gal Costa de 1994 a 1997, também como cellista, arranjador e produtor, e com Gilberto Gil de 2009 a 2014.