Mélanie Laurent nasce a Parigi il 21 febbraio 1983. Il debutto cinematografico di Mèlanie è dettato dal caso. Accompagnando un'amica sul set di Asterix e Obelix contro Cesare viene notata da Gérard Depardieu che la scrittura per un suo film. Nel 1998 le affida il ruolo di Lisbeth nel film Un pont entre deux rives di Frédéric Auburtin corealizzato dallo stesso Depardieu. Alla fine del 2000 è scritturata per recitare in Ceci est mon corps, di Rodolphe Marconi. Il film verrà presentato al Festival di Cannes nel maggio del 2001. Dopo vari film nel 2006 ottiene il ruolo di protagonista in Je vais bien, ne t'en fais pas di Philippe Lioret. La sua interpretazione le vale numerose nomination e riconoscimenti, tra cui il premio Romy Schneider et il Premio César come migliore promessa femminile. Nel 2007 è la protagonista de La Chambre des morts di Alfred Lot. Nel 2008, nel film Paris, di Cédric Klapisch, interpreta una studentessa della Sorbona che fa invaghire il suo professore. Partecipa anche alle riprese di L'Amour caché di Alessandro Capone. Nello stesso anno dirige il suo primo cortometraggio De moins en moins che viene selezionato nella categoria cortometraggi al Festival de Cannes 2008.