Montée à Paris à l'âge de treize ans, la jeune Marie-Hélène Demongeot s'adonne toute entière au piano. Elle suit ensuite des cours d'art dramatique avec René Simon et Marie Ventura. Ses études achevées, elle débute une brève carrière de mannequin.
Mutine et sculpturale, Mylène Demongeot fut souvent considérée comme une rivale de Brigitte Bardot. Elle fut en tout cas un des sex-symbols les plus emblématiques et les plus populaires du cinéma français du tournant des années 1950-1960. Le cinéma s'intéresse à la jeune modèle alors qu'elle n'a que dix-sept ans.
Après avoir joué les blondes sulfureuses dans Les Enfants de l'amour (1953) de Léonide Moguy et quelques autres comédies légères, Mylène Demongeot est retenue pour participer au drame Les Sorcières de Salem (1957) de Raymond Rouleau, tiré du roman d'Arthur Miller, où elle interpréte, aux côtés d'Yves Montand et de Simone Signoret, la petite peste Abigail. Ce rôle suffit à faire d'elle une vedette.
Elle confirme son ambition d'actrice en jouant la lumineuse et très libre Elsa de Bonjour tristesse (1958), luxueuse adaptation du roman de Françoise Sagan par Otto Preminger, dans laquelle la jeune Mylène Demongeot côtoie Jean Seberg, David Niven et Deborah Kerr. Elle confirme sa popularité naissante de sex-symbol dans des comédies légères qui rencontrent un grand succès, telles Sois belle et tais-toi (Marc Allégret, 1958) ou Faibles femmes (Michel Boisrond, 1959), tout en sachant se montrer beaucoup plus sombre comme dans Une manche et la belle (Henri Verneuil, 1957), où elle se révèle machiavélique. Très rapidement, son physique la fait remarquer à l'étranger.
Elle prête ainsi ses formes sculpturales à quelques péplums italiens (La Bataille de Marathon, Jacques Tourneur, 1959 ; L'Enlèvement des Sabines, Richard Pottier, 1961 ; L'Or des Césars, André De Toth, 1963) mais tourne aussi, toujours en Italie, dans quelques films à sketches et dans des drames de Mauro Bolognini (Les Garçons, 1959) et Dino Risi (L'Inassouvie, 1960). Elle met aussi son charme piquant au service de cinéastes anglais comme Ralph Thomas - pour les comédies Entrée de service (1959) et Doctor in Distress (1963) - et surtout Roy Ward Baker qui lui offre le rôle d'une paysanne mexicaine amoureuse d'un prêtre dans ce très singulier western qu'est Le Cavalier noir (1961).
La même année, grâce à sa persévérance, elle obtient l'un de ses rôles les plus marquants, la Milady de Winter des deux volets des Trois mousquetaires réalisés par Bernard Borderie (. Après une fantaisie policière de Michel Deville dans laquelle elle renouvelle avec sensibilité et finesse son personnage (A cause à cause d'une femme, 1963), elle devient l'intrépide photographe qui, aux côtés du journaliste Fandor (Jean Marais) et du commissaire Juve (Louis de Funès), tente de mettre un termes aux agissements du mystérieux Fantômas dans la trépidante et populaire trilogie d'André Hunebelle : Fantômas (1964), Fantômas se déchaîne (1965) et Fantômas contre Scotland Yard (1967).
En 1966, après sa rencontre avec Marc Simenon et lasse de jouer les jeunes premières, elle se lance dans la production pour aider son nouveau compagnon à réaliser ses films. Elle produit et interprète ainsi Le Champignon (1970), L'Explosion (1971), Par le sang des autres (1974) et Signé Furax (1981). Ces films n'ont pas le succès escompté et la carrière de comédienne de Mylène Demongeot marque le pas, même si elle n'arrête pas pour autant de tourner dans des films et des rôles moins importants.
On la retrouve dans Les Noces de porcelaine (1975) de Roger Coggio, dans Le Bâtard (1983) de Bertrand Van Effenterre, Flics de choc (1983) de Jean-Pierre Desagnat... Bertrand Blier lui confie une apparition lors d'une séquence mémorable de Tenue de soirée (1985) et Liliane de Kermadec fait d'elle une gérante de drugstore qui aide l'héroïne de La Piste du télégraphe (1994) à rejoindre le détroit de Bering. Elle se retire ensuite quasiment des écrans pendant une décennie avant de devenir un second rôle apprécié, récoltant deux nominations aux Césars pour 36 quai des Orfèvres (Olivier Marchal, 2004) et La Californie (Jacques Fieschi, 2007).
Le couple qu'elle forme avec Claude Brasseur dans la comédie Camping (Fabien Onteniente, 2006) et sa suite (Camping 2, Fabien Onteniente, 2010) lui vaut un regain de popularité. Elle trouve grâce à Hiner Saleem de beaux personnages très touchants dans les poétiques Les Toits de Paris (2007) - dont elle dira qu'il s'agit d'un de ses meilleurs films - et Si tu meurs, je te tue (2011). Se souvenant de son passé de sex-symbol, Emmanuelle Bercot lui donne un rôle d'ancienne miss dans Elle s'en va (2013).
Après quelques essais peu concluants au théâtre (Virages dangereux, 1957, de Raymond Rouleau ; Electre ; Gugusse, 1968), Mylène Demongeot commence à se sentir à l'aise sur scène avec Le Canard à l'orange (1984). Elle joue depuis lors avec assurance dans plusieurs pièces, et notamment dans Un homme pressé (1992) de Jean-Pierre Vincent, où elle incarne la femme d'un personnage biblique, Job, interprété par Daniel Auteuil. En 2000, elle est la reine-mère de Beckett ou l'honneur de Dieu de Jean Anouilh, mis en scène par Didier Long et interprété par Bernard Giraudeau dans le rôle-titre.
Elle est apparue à la télévision dans la série Les Dossiers de l'agence O (1968) réalisée par Marc Simenon et a été la vedette de la série policière Marion (1982). Elle a tenu un rôle récurrent dans une série de téléfilms italiens menés par Bud Spencer (Big man, 1988) et a tourné quelques téléfilms, dont Vacances au purgatoire (1992), réalisé par Marc Simenon. Parmi ses autres téléfilms, on note La Tête haute (Gérard Jourd'hui, 2005), Le Fantôme du lac (Philippe Niang, 2007), La Ballade de Lucie (Sandrine Ray, 2013) et Les Mauvaises Têtes (Pierre Isoard, 2013).
Très investie dans différentes causes sociales, elle s'est essayée à la politique en 1992 en se présentant aux élections régionales.
1980 | Signé Furax | Marc Simenon |
1953 | Enfants de l'amour (Les) | Léonide Moguy |
1954 | Frou-Frou | Augusto Genina |
1954 | Futures vedettes | Marc Allégret |
1955 | Papa, maman, ma femme et moi | Jean-Paul Le Chanois |
1956 | It's a Wonderful World | Val Guest |
1956 | Quand vient l'amour | Maurice Cloche |
1956 | Sorcières de Salem (Les) | Raymond Rouleau |
1957 | Bonjour Tristesse | Otto Preminger |
1957 | Sois belle et tais-toi | Marc Allégret |
1957 | Une manche et la belle | Henri Verneuil |
1958 | Cette nuit-là | Maurice Cazeneuve |
1958 | Faibles femmes | Michel Boisrond |
1958 | Vent se lève (Le) | Yves Ciampi |
1959 | Battaglia di Maratona (La) Bataille de Marathon | Jacques Tourneur, Bruno Vailati, Mario Bava |
1959 | Notte brava (La) Les Garçons | Mauro Bolognini |
1959 | Sotto dieci bandiere Sous dix drapeaux | Duilio Coletti |
1959 | Upstairs and Downstairs Entrée de service | Ralph Thomas |
1960 | Singer Not the Song (The) Le Cavalier noir | Roy Ward Baker |
1960 | Un amore a Roma L'Inassouvie | Dino Risi |
1961 | Enlèvement des Sabines (L') | Richard Pottier |
1961 | Trois mousquetaires (Les) | Bernard Borderie |
1962 | A cause, à cause d'une femme | Michel Deville |
1962 | Copacabana Palace | Steno |
1962 | Oro per i Cesari L'Or des Césars | Sabatino Ciuffini, Riccardo Freda |
1963 | Appartement des filles (L') | Michel Deville |
1963 | Cherchez l'idole | Michel Boisrond |
1963 | Doctor in Distress [Docteur en détresse] | Ralph Thomas |
1964 | Fantômas | André Hunebelle |
1964 | Onkel Toms Hütte La Case de l'oncle Tom | Géza Radványi |
1965 | Fantômas se déchaîne | André Hunebelle |
1965 | Furia à Bahia pour O.S.S. 117 | André Hunebelle |
1966 | Fantômas contre Scotland Yard | André Hunebelle |
1966 | Tendre voyou | Jean Becker |
1967 | Private Navy of Sergent O'Farrell (The) La Marine en folie | Frank Tashlin |
1969 | Champignon (Le) | Marc Simenon |
1969 | Una su tredici 12 + 1 | Nicolas Gessner |
1970 | Explosion (L') | Marc Simenon |
1972 | J'ai mon voyage ! Quand c'est parti, c'est parti | Denis Héroux |
1973 | Par le sang des autres | Marc Simenon |
1974 | Noces de porcelaine (Les) | Roger Coggio |
1975 | Il faut vivre dangereusement | Claude Makovski |
1976 | Echappatoire (L') | Claude Patin |
1980 | Signé Furax | Marc Simenon |
1982 | Bâtard (Le) | Bertrand Van Effenterre |
1982 | Surprise party | Roger Vadim |
1983 | Flics de choc | Jean-Pierre Desagnat |
1983 | Retenez-moi ou je fais un malheur ! | Michel Gérard |
1984 | Yoroppa tokkyu | Yutaka Ohara |
1985 | Paulette, la pauvre petite milliardaire | Claude Confortès |
1986 | Tenue de soirée | Bertrand Blier |
1993 | Piste du télégraphe (La) | Liliane de Kermadec |
1996 | Homme idéal (L') | Xavier Gélin |
2003 | Feux rouges | Cédric Kahn |
2004 | 36, quai des Orfèvres | Olivier Marchal |
2004 | Victoire | Stéphanie Murat |
2005 | Californie (La) | Jacques Fieschi |
2005 | Camping | Fabien Onteniente |
2006 | Toits de Paris (Les) | Hiner Saleem |
2008 | Oscar et la dame rose | Eric-Emmanuel Schmitt |
2008 | Tricheuse | Jean-François Davy |
2009 | Camping 2 | Fabien Onteniente |
2010 | Si tu meurs, je te tue | Hiner Saleem |
2012 | Elle s'en va | Emmanuelle Bercot |
2015 | Camping 3 | Fabien Onteniente |
2016 | Sage femme | Martin Provost |
2020 | Maison de retraite | Thomas Gilou |