Мелани Тьерри начала карьеру модели в раннем возрасте. Затем начала сниматься в французских фильмах, не получивших известности за пределами страны. В возрасте 18 лет Мелани сыграла роль девушки в фильме «Легенда о пианисте». Её первым голливудским фильмом стал фантастический боевик «Вавилон Н.Э.», в котором Мелани сыграла Аврору. За главную роль в парижской постановке пьесы Теннесси Уильямса «Куколка» (Baby Doll) Тьерри номинировалась в 2009 году на премию Мольера.