Mélanie Bernier naît à Tours et grandit à Veigné (Indre-et-Loire). Son père est instituteur et sa mère employée administrative dans une compagnie d’assurances. Elle pratique le théâtre en amateur dès l'âge de sept ans, puis rejoint une ligue d'improvisation. Elle apparaît pour la première fois sur les écrans à quinze ans dans le téléfilm Rends-moi mon nom et signe un contrat avec un agent. Elle obtient un baccalauréat littéraire, avec mention assez bien. En 2000, Mélanie Bernier débute au cinéma dans Barnie et ses petites contrariétés de Bruno Chiche, où elle joue la fille du couple incarné par Fabrice Luchini et Nathalie Baye. Elle enchaîne ensuite plusieurs seconds rôles à la télévision. En 2008, elle se replie donc vers le théâtre, jouant dans Héloïse, de Patrick Cauvin, mise en scène par Patrice Leconte au théâtre de l'Atelier et enchaîne les seconds rôles au cinéma durant les trois années suivantes : Modern Love, Passe-passe, Mes stars et moi, Le Coach, La Tête en friche, L'Assaut, La Délicatesse. Le début des années 2010 est marqué par des seconds rôles dans des grosses productions dans des genres différents : en 2012, elle participe en effet à la comédie dramatique Populaire, de Régis Roinsard, aux côtés de Déborah François, Romain Duris et Nicolas Bedos. Le film est acclamé par la critique9. Puis en 2013, le réalisateur Julien Leclercq la dirige dans son thriller Gibraltar. Enfin, elle joue dans le film pour enfants Au bonheur des ogres, de Nicolas Bary, avec Bérénice Bejo. Mais cette année-là, elle revient enfin à un premier rôle féminin pour la comédie Les Gamins, d'Anthony Marciano, qui fait 1 million d'entrées. Elle y joue aux côtés d'Alain Chabat et Max Boublil. En 2016, elle est la tête d'affiche du film indépendant La Prunelle de mes yeux, d'Axelle Ropert, racontant une rencontre amoureuse improbable. Puis l'année suivante, elle donne la réplique à Kev Adams pour deux productions successives : d'abord le drame Tout là-haut, de Serge Hazanavicius, puis la comédie romantique Love Addict, de Frank Bellocq. Entre ces deux productions attendues, elle partage l'affiche d'un projet plus modeste, le drame Simon et Théodore, de Mikael Buch, avec Félix Moati. En 2018, c'est Léa Fazer qui lui confie le premier rôle du téléfilm Mystère à la Sorbonne, le septième épisode de la série anthologique Mystère à Paris. Il s'agira finalement du dernier épisode de la série.
Au bonheur des ogres
2013
Rôle : Louna
Passe passe
2008
Rôle : Sonia Yacovlev
Les incroyables aventures de Fusion Man
2009
Rôle : Anne Darren
En cas de malheur
2009
Rôle : Lucie
Annie Girardot selon son cœur
2020
Rôle : Self - Comédienne
La Délicatesse
2011
Rôle : Chloé, Nathalie's secretary
Titeuf (Le Film)
2011
Rôle : Nadia (voice)
Populaire
2012
Rôle : Annie Leprince Ringuet
Gibraltar
2013
Rôle : Cécile Duval
Barnie et ses petites contrariétés
2001
Rôle : Cécile
La Traque
2021
Rôle : Capitaine Nielsen
Love Addict
2018
Rôle : Marie-Zoé
Le Coach
2009
Rôle : Cécile Marmignon
Nos futurs
2015
Rôle : Estelle
Maigret
2022
Rôle : Jeannie
Marie Besnard l'empoisonneuse…
2006
Rôle : Simone Roulier
Les Gamins
2013
Rôle : Lola
Mine de rien
2020
Rôle : Stella
L'Assaut
2011
Rôle : Carole
La Petite Fadette
2004
Rôle : Fadette
Modern Love
2008
Rôle : Anne
Un peu, beaucoup, aveuglément
2015
Rôle : Machine
Tout là-haut
2017
Rôle : Kelly Larsen
Canine Panique
2017
Rôle : Wanda
Sa Majesté Minor
2007
Rôle : Clytia
La Tête en friche
2010
Rôle : Stéphanie
Mes stars et moi
2008
Rôle : Violette Duval
Prisonnière
2025
Ma langue au chat
2023
Rôle : Magali
Neuilly-Poissy
2024
Rôle : Lisa
Simon et Théodore
2017
Rôle : Rivka
La Prunelle de mes yeux
2016
Rôle : Elise Mazure
Le Débarquement
2013
Le Temps des porte-plumes
2006
Rôle : Marie-Jeanne
Mademoiselle Drot
2010
Rôle : Antoinette Treives
Mystère à la Sorbonne
2018
Rôle : Victoire