Σπούδασε θέατρο στη Δραματική Σχολή του Εθνικού (1943-46) και έκανε το ντεμπούτο της στη σκηνή το 1944. Ως πρωταγωνίστρια καθιερώθηκε το 1949 με το ρόλο της Μπλανς από το έργο του Τένεσι Ουίλιαμς «Λεωφορείον ο Πόθος». Η πρώτη κινηματογραφική δουλειά της ήταν η ταινία του Μιχάλη Κακογιάννη «Στέλλα» (1955). Με το ρόλο, όμως, της Ίλια στην ταινία «Ποτέ την Κυριακή» (1960), αλλά και τη θεατρική μεταφορά του έργου στη Νέα Υόρκη, η Μελίνα Μερκούρη απέκτησε πλέον διεθνή φήμη.