Fille de l’acteur et réalisateur Alain Doutey, Mélanie étudie la comédie au Cours Perimony. Elle fait ses débuts au cinéma en 1998, avec un petit rôle dans le film Les gens qui s’aiment. Après cette première expérience, la jeune fille entre au Conservatoire National d'Art Dramatique de Paris. Encore étudiante, elle décroche le rôle convoité de Guillemette dans le film de Pierre Jolivet, Le Frère du Guerrier, où elle donne la réplique à Guillaume Canet. En 2003, Mélanie est l’héroïne de Leïla, marocaine de seize ans qui tombe amoureuse d’un touriste danois. La même année elle figure au générique des Fleurs du Mal, de Claude Chabrol.
Mais c’est sans aucun doute son rôle dans Clara Sheller, nouvelle série de France 2, qui fera connaître Mélanie du grand public. Dans cette série présentée comme un Will and Grace à la française, Mélanie sera Clara, tout juste 30 ans, qui partage un appartement avec son meilleur ami, JP (de Frédéric Diefenthal). Fin 2005 elle partagera l’affiche avec Gérard Jugnot et Jean Dujardin dans le film Il ne faut jurer…de rien, d’après l’œuvre d’Alfred de Musset.
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