D'origine normande, d'un père représentant dans la restauration, et d'une mère préparatrice en pharmacie qui travaille à mi-temps pour s'occuper de ses enfants[1], Mélanie Thierry grandit à Sartrouville[2],[3]. Elle arrête l'école en 3e[4] ou en 2ᵈᵉ[3] selon les sources.
Parallèlement, elle a une carrière d'actrice : ancienne élève du cours de Jean-Laurent Cochet, et coachée par Fred Saurel[6] elle apparaît dans le clip de FFF Le Pire et le Meilleur[7] et enchaîne des petits rôles à la télévision.
Elle apparaît pour la première fois au cinéma, choisie par Patrick Timsit pour incarner son Esmeralda dans la satire Quasimodo d'El Paris, sortie en 1999[8]. Le film divise la critique, mais reste un gros projet, propulsant la jeune actrice comme une valeur montante, alors qu'elle est âgée de 18 ans. La même année sort discrètement, tournée juste avant Quasimodo, la romance La Légende du pianiste sur l'océan[8], de Giuseppe Tornatore, qui lui permet de donner la réplique à Tim Roth.
Reconnaissance critique et carrière internationale (2006-2009)
L'année 2006 lui permet de percer : au cinéma, elle est choisie par l'actrice Maïwenn, devenue réalisatrice, pour jouer dans le drame expérimental Pardonnez-moi, remplaçant au débotté Sara Forestier pour ce rôle. Parallèlement, elle fait ses débuts à Hollywood dans la distribution du film indépendant Pu-239, écrit et réalisé par Scott Z. Burns. Enfin, à la télévision, elle est dans la distribution de la mini-série télévisée Fête de famille et apparaît dans quelques épisodes de Merci, les enfants vont bien. Mais surtout, cette même année, c'est au théâtre qu'elle reçoit un accueil critique important : elle joue le personnage central du Vieux Juif blonde, une pièce écrite par Amanda Sthers[8].
Cette exposition importante lui permet d'enchaîner avec de gros projets : en 2007, elle partage l'affiche du thriller de science-fiction Chrysalis, de Julien Leclercq avec Albert Dupontel. Puis en 2008, elle tient le premier rôle féminin du blockbuster Babylon A.D. ; la promotion de cette réalisation de Mathieu Kassovitz, adaptée du roman Babylon Babies de Maurice Dantec, est compliquée par les tensions entre le cinéaste et l'acteur vedette Vin Diesel. Le film se solde par un échec critique et commercial cuisant. L'actrice peut cependant compter sur le succès surprise de Largo Winch, gros projet du cinéma français, mis en scène par Jérôme Salle, adapté de la bande dessinée franco-belge éponyme.
Mélanie Thierry est en couple avec le chanteurfrançaisRaphaël depuis 2002. Ils ont ensemble trois garçons : Roman (né en ), Aliocha (né en ) et le troisième Isaac (né en )[14]. Le couple se marie le [15].