Mélanie Laurent es filla d'un actor de doblatge francès i una professora de ball. Sense proposar-se convertir-se en una actriu, tot i desenvolupar-se en l'ambient artístic, va tenir l'oportunitat en 1998 de conèixer a l'actor Gérard Depardieu qui la va convidar a participar en un film anomenat "Un pont entre deux rives" ("Un pont entre dos rius") el que va servir perquè definís el seu futur.[3]
La seva interpretació d'Elise "Lili" Tellier en la pel·lícula Je vais bien, ne t'en fais pas va merèixer Premi César a la millor actriu (2007). El 2007 va guanyar altres premis, com el Lumière, el Romy Schneider Prix i el guardó Étoile D´Or com la millor revelació femenina. Però amb el film que realment la va fer famosa fou la seva participació en la pel·lícula "Maleïts malparits".[4]
En 2011 va dirigir i protagonitzar el drama “Les adoptés (The Adopted)”, juntament amb Marie Denarnaud i Denis Ménochet. El seu debut darrere les càmeres va ser el curtmetratgeDe moins en moins, nominat a la Palma d'Or en el Festival de Cannes. També va dirigir un episodi de la sèrie de televisió eròtica francesa X Femmes.
Austin Film Critics Association Award a la Millor Actriu Broadcast Film Critics Association Award al mejor cast Central Ohio Film Critics Association por el mejor conjunto Online Film Critics Society Award a la millor actriu Screen Actors Guild Award almillor repartiment Phoenix Film Critics Society Award al millor repartiment San Diego Film Critics Society Award al millor repartiment Nominada – Detroit Film Critics Society Award a la millor actriu de repartiment Nominada – Detroit Film Critics Society Award al millor conjunt Nominada – Empire Award a la Millor Actriu Nominada – San Diego Film Critics Society Award a la Millor Actriu de repartiment Nominada – Saturn Award a la Millor Actriu Nominada – St. Louis Gateway Film Critics Association Award a la Millor Actriu de repartiment Nominada - Central Ohio Film Critics Association a la Millor Actriu de repartiment (2n lloc)