Issue de la première promotion de l’Ecole du Théâtre National de Bretagne, Mélanie Le Ray est membre et co-fondatrice du Théâtre des Lucioles.
Parallèlement à sa carrière au théâtre, elle apparaît au cinéma, notamment dans Western de Manuel Poirier, Selon Mathieu de Xavier Beauvois et Pas de scandale de Benoit Jacquot. Elle avait déjà collaboré avec Pascale Breton en tenant le rôle principal des Filles du douze.
