Mélanie Thierry (Saint-Germain-en-Laye, 17 luglio 1981) è un'attrice ed ex modella francese.
Dopo vari ruoli secondari in televisione, si rivela al pubblico grazie al suo ruolo di Léa nel thriller Écorchés di Cheyenne Carron nel 2005. Per questo ruolo le viene conferito il Premio di interpretazione femminile al Festival internazionale del film di Saint-Jean-de-Luz. Nel 2010 ottiene il Premio César per la migliore promessa femminile per Le Dernier pour la route e l'anno successivo interpreta il ruolo principale in La Princesse de Montpensier di Bertrand Tavernier.
Nel corso della sua carriera ha lavorato sotto la regia di numerosi cineasti, sia francesi che stranieri, tra cui André Téchiné, Terry Gilliam, Albert Dupontel, Maïwenn, Cheyenne Carron, Bertrand Tavernier, Jérôme Salle e Mathieu Kassovitz.