Mélanie Laurent nasceu em Paris, França. Ela é filha de Annick, professora de balé, e Pierre, dublador, que é mais reconhecido pela versão francesa de Os Simpsons (1989). Ela tem um irmão mais novo, Mathieu, e tem ascendência judaica sefardita (da Tunísia) e judaica Ashkenazi (da Polônia). Em 1998, Laurent estava visitando o set de Asterix e Obelix vs. Caesar (1999) com um amigo quando chamou a atenção de Gérard Depardieu. Ele lhe ofereceu um papel em seu próximo filme, The Bridge (1999). Ela desempenhou apenas um pequeno papel, mas foi o suficiente para aumentar o interesse de Mélanie em atuar.
