Après avoir pris des cours d'art dramatiques, la comédienne effectue ses débuts devant la caméra à l'occasion du tournage des Enfants de l'amour en 1953. C'est pour sa prestation en Abigail dans Les Sorcières de Salem, aux côtés d'Yves Montand et Simone Signoret, qu'elle est définitivement révélé au grand public et affirme son statut de star. Parmi ses films les plus marquants, on retient bien évidemment la trilogie Fantomas où elle partage l'affiche avec Jean Marais et Louis de Funès. Sans oublier son incarnation de la sulfureuse et diabolique Milady dans Les Trois Mousquetaires. Ces dernières années, Mylène Demongeot s'est fait connaître d'une nouvelle génération en rejoignant la troupe de Franck Dubosc dans sa trilogie à succès, Camping. Sa dernière apparition au cinéma aura été dans l'un des grands succès du cinéma français de cette année, Maison de retraite, qui a généré plus de deux millions d'entrées. L'ensemble des équipes d'Écran total salue la mémoire de la comédienne, qui a marqué plusieurs générations de spectateurs, et adresse leurs plus sincères condoléances à sa famille ainsi qu'à ses proches.