• Cinéma

Mélanie débute sa carrière très jeune en 1998, Gérard Depardieu lui confie le rôle de Lisbeth dans son premier film en tant que réalisateur Un pont entre deux rives.

Par la suite elle travaille à deux reprises avec Rodolphe Marconi dans Ceci est mon corps (film présenté au festival de Cannes en 2001) et quelques années plus tard dans Le dernier jour.

En 2002 Michel Blanc lui confie le rôle de Carole dans Embrassez qui vous voudrez puis elle commence une carrière internationale avec le film Hong-Kongais Hainan chicken rice de Kenneth Bi. Le film sera un succès public à l’étranger mais ne sortira jamais en Europe.

En 2005, elle joue aux côtés de Romain Duris dans le film De battre mon coeur s’est arrêté de Jacques Audiard.

En 2006, elle est à l’affiche du film belge Dikkenek d’Olivier Vanhoofstadt, d’Indigènes de Rachid Bouchareb (présenté dans la sélection officielle du festival de Cannes).

Philippe Lioret lui confie le rôle de Lili, dans le film Je vais bien, ne t’en fais pas. Sa prestation lui vaut plusieurs nominations et récompenses, dont le prix Romy Schneider et le César du meilleur espoir féminin.

En 2007, elle tient le rôle principal dans La Chambre des morts d’Alfred Lot.

En 2008, elle interprète dans Paris, de Cédric Klapisch, une jeune étudiante. Elle participe aussi aux tournages de L’Amour caché d’Alessandro Capone et du Tueur de Cédric Anger. En 2009, elle incarne Shosanna Dreyfus, l’héroïne de Quentin Tarantino, aux côtés de Brad Pitt dans Inglourious Basterds (présenté dans la sélection officielle du Festival de Cannes). Elle tient le rôle principal de la comédie romantique Jusqu’à toi de Jennifer Devoldère, puis dans Le Concert de Radu Mihaileanu, elle interprète une violoniste soliste.

En mars 2010 on la retrouvere dans La rafle de Roselyne Bosch.

• Théâtre

En 2010, on la retrouve dans Promenade de santé, pièce écrite et mise en scène par Nicolas Bedos.