Melissa Sagemiller wurde in eine politische Familie hinein geboren und begann schon sehr früh ihren Weg in die darstellenden Künste. Im Alter von drei Jahren begann sie, Tanz zu studieren - Stepptanz, Ballett, Jazz und Modern Dance. Nachdem sie auf eine Anzeige in der Washington Post reagiert hatte, gab sie mit 9 Jahren ihr Bühnendebüt als 'Dill' in 'Wer die Nachtigall stört'. Bald wurde sie zu einem festen Bestandteil der lokalen Bühnen in DC. Die Schauspielerei trat in den Hintergrund, als Eileen Ford Melissa im Alter von 14 Jahren in einem Schmuckladen in Manhattan entdeckte. Das Modeln führte sie nach New York und Paris. Bald verließ sie Paris und folgte ihrem ursprünglichen Wunsch, an die University of Virginia zu gehen und ein 'normales' Studentenleben zu führen, wobei sie Kunstgeschichte studierte. Als sie beschloss, wieder vollständig in die Schauspielerei einzusteigen, begann sie ein Studium am Stella Adler Conservatory, Stonestreet Studio der NYU und am Michael Howard Studio. Ihr Berufsleben als Schauspielerin begann kurz darauf.
