Marie-Hélène Demongeot est née le 29 septembre 1935 à Nice Sa mère a quitté lUkraine dans les années 30 pour fuir la pauvreté Son père Alfred Demongeot est un haut fonctionnaire issu dune famille aristocratique La fillette grandit dans le sud de la France notamment à Nice où résidait sa grand-mère paternelle la comtesse Clavesana Elle se passionne pour le piano quelle va pratiquer assidûment jusquà lâge de 16 ans Elle fréquente également les salles de cinéma plusieurs fois par semaine A ladolescence elle suit sa famille qui sinstalle à Paris La jeune fille découvre le théâtre et commence à suivre les cours de René Simon puis de Marie Ventura avant d'entamer une carrière de mannequin Elle pose pour des photos publicitaires et rencontre au milieu des années 50 le photographe Henry Coste

La jeune femme dont la beauté est repérée par le réalisateur Marc Allégret va jouer son premier rôle au cinéma dans Futures Vedettes en 1955 Deux ans plus tard elle est révélée au grand public avec le rôle d'Abigail dans Les Sorcières de Salem aux côtés dYves Montand et de Simone Signoret en 1957 Le film est un tremplin pour la jeune comédienne et lance sa carrière Dès lors lactrice enchaîne les tournages et devient lun des sex-symbol des années 60 à linstar de Brigitte Bardot Elle est choisi pour incarner Hélène dans la série des Fantômas aux côtés de Jean Marais Elle apparaît dans une autre série populaire de lépoque Les Trois Mousquetaires 1961 sous les traits de Milady de Winter Prolifique lactrice ne cesse de tourner et de varier les registres LInassouvie Lappartement des filles Le cavalier noir Elle tourne aussi dans les péplums La bataille de Marathon et Lenlèvement des Sabines

Sa rencontre avec le réalisateur Marc Simenon marque un tournant dans sa carrière Lactrice ralentit la cadence des tournages et sintéresse à la production Elle choisit ses rôles avec parcimonie Surprise party de Roger Vadim Tenue de soirée de Bertrand Blier ou tourne devant la caméra de Marc Simenon Lexplosion Signé Furax série Chien et Chat

En 2004 après plusieurs années d'absence Mylène Demongeot fait son retour sur grand écran à laffiche du film 36 Quai des Orfèvres dOlivier Marchal Elle alterne depuis cinéma Camping La Californie Oscar et la dame rose et télévision Le fantôme du lac Les mauvaises têtes No limit En 2017 elle est à laffiche du film Sage femme et de la pièce de théâtre Love letters

Parallèlement lactrice a publié plusieurs ouvrages En 2008 dans Le piège écrit avec le docteur Isabelle Sokolow elle relate laddiction à lalcool dont a souffert son mari En avril 2018 elle publie un nouveau livre La vie cest génial  aux éditions LArchipel

Le 28 janvier 2020 elle révèle sur son compte Facebook avoir lutté contre un cancer en 2019 et annonce sa guérison En août 2021 à l'occasion d'une interview elle annonce la récidive de son cancer du péritoine Elle reprend immédiatement les séances de chimiothérapie Mais elle abandonne les soins quelques temps plus tard en 2022 à bout de forces

Mylène Demongeot décède 1er décembre à l'âge de 87 ans après avoir mené un long combat contre un cancer du péritoine Une cérémonie d'hommage a lieu le samedi 10 décembre à 10 heures au crématorium du Père-Lachaise Ses cendres sont dispersées dans divers endroits qu'elle aimait

Côté vie privée Mylène Demongeot a été mariée au photographe Henry Coste 19581966 Puis elle rencontre le réalisateur Marc Simenon fils de Georges Simenon Le couple se marie civilement en mai 1968 puis vingt-deux ans plus tard célèbre son mariage religieux le 29 septembre 1990 Mais le 24 octobre 1999 Marc Simenon meurt accidentellement après une chute à leur domicile parisien