Melnyks familj säger i ett uttalande att han "mött sjukdomen med beslutsamhet och mod" utan att precisera vilken sjukdom det handlade om. Melnyk fick en ny lever 2015 efter att offentligt ha efterlyst en donator.
Han köpte Ottawa Senators 2003 för 92 miljoner dollar, motsvarande omkring 870 miljoner kronor i dagens valutavärde.
Ottawa tog sig till Stanley Cup-final 2007, då man förlorade mot Anaheim efter fem möten.
"NHL sörjer Ottawa Senators ägare Eugene Melnyks bortgång", säger NHL-kommissionären Gary Bettman i ett uttalande.
"Han var framgångsrik i affärer, men det var vår sport och hans Senators som var hans stora passion. Eugene var ofta frispråkig men han behöll ett orubbligt engagemang för sporten och sina rötter och han älskade inget mer än att ta på sig en Senatorströja och heja på sitt älskade lag", fortsätter uttalandet.