東京都目黒区出身。劇団ひまわりに所属していた頃の本名は木村和代。東京都立第一商業高等学校を卒業後に、舞踏家の石井満隆が主宰する舞踊研究所でダンスを本格的に学ぶ。1970年の暮れから、東京都港区赤坂のゴーゴークラブ「スペース・カプセル」のアングラ・ショーに出演。このショーを見たNETテレビのディレクターが、1971年4月開始の新番組『23時ショー』のカバーガールにスカウトする。フリーで活躍中の武田京子ディレクターも、フラワー・メグをミノルフォン音楽工業株式会社に売り込み、1971年6月1日発売の『ベッドにばかりいるの』で歌手デビュー。太平ビルの録音スタジオでは、宣伝用にパンティー1枚だけの上半身ヌードで身長160cm・バスト76cm・ウエスト58cm・ヒップ85cmの肉体を披露しながら歌うなど、話題を呼んだ。急遽付けられた芸名の由来は「目黒に住んでる花」。雑誌やテレビ番組のカバーガール、ヌードモデルとして活躍するかたわら、女優としても内藤誠監督の東映東京作品や新藤兼人監督の『鉄輪』（かなわ）など4本の映画に出演。初めてテレビに上半身ヌードで出演した女性と言われ、その大胆な行動と日本人離れした容貌で注目を集めたが、ちょうど1年間の活動の後、20歳で引退した。近年は再評価により、再び音楽活動を始めている。
1997年に「Steel Pier」でブロードウェイ・ミュージカルの舞台を初めて踏む。このショウでの演技が認められ、シアター・ワールド賞を受賞する。1999年の『きみはいい人 チャーリー・ブラウン』のサリー役で、ブロードウェイ・ミュージカル2作目にしてトニー賞を受賞、その他ドラマ・デスク賞なども総なめにした。その後は、コメディ舞台「Epic Proportions」やテレビのミュージカル作品などに出演。2001年の夏にNBCで主演のコメディシリーズ「Kristin」が6話分放送された。ロンドンのウエスト・エンドではサム・メンデス演出の「Divas at Donmar」に出演。2003年からはこのシーズンの一番の話題となっていた『ウィケッド』のグリンダ役によってNYタイムズを始め批評家から絶賛を浴び、二度目のトニー賞候補にもなった。『ウィケッド』を降板した後は、人気テレビドラマシリーズ『ザ・ホワイトハウス』に2004年秋からのシーズンより出演。映画界にも活動の場を広げ、『奥さまは魔女』（ニコール・キッドマン主演）、『ピンクパンサー』（スティーヴ・マーティン主演）等に出演した。また、ABCのドラマシリーズ『プッシング・デイジー 〜恋するパイメーカー〜』のオリーヴ・スヌーク役を演じ、エミー賞助演女優賞を受賞。現在ダスティ・スプリングフィールドの伝記映画への出演が決まっている。2015年6月7日に行われた第69回トニー賞の司会をアラン・カミングと務めた。歌手としても活動しており、2016年の時点で6枚のアルバムを発表している。
植物と昆虫ではプロピオニルCoAは異なる経路で酢酸に代謝されるが、これはβ酸化に類似している。この経路の細部すべてが解明されたわけではないが、アクリリルCoAと3-ヒドロキシプロピオニルCoAが生成することが分かっている。この代謝により3-ヒドロキシプロピオニルCoAの1-炭素が二酸化炭素となり、3-炭素は酢酸の1-炭素となる。
哺乳動物では、プロピオニルCoAはビオチン依存性酵素であるプロピオニルCoAカルボキシラーゼによって(S)-メチルマロニルCoAに変換される。この酵素反応では炭酸水素イオンとATPを要する。この生成物はさらにメチルマロニルCoAエピメラーゼによって(R)-メチルマロニルCoAに変換される。(R)-メチルマロニルCoAは、メチルマロニルCoAムターゼによってスクシニルCoAに変換されるが、この酵素は炭素-炭素結合の移動を触媒するためのコバラミン（ビタミンB12）を要する。メチルマロニルCoAムターゼの欠如は、血液のpHが低下するメチルマロン酸血症（Methylmalonic acidemia）を引き起こす。生成したスクシニルCoAは、クエン酸回路の中間体として代謝される。
帰国後は2013年12月4日リリースのDJ和のコンピレーション・アルバム『A GIRL↑↑2 mixed by DJ和』に「I Wanna NO feat. SHUN」を提供、2014年3月19日リリースの童子-Tのアルバム『T's MUSIC』収録の「未来へと feat. 當山みれい」に参加するなどの活動を経て、15歳の同年6月25日に両A面シングル『Fallin' Out/I Wanna NO feat.SHUN』をリリースし日本デビュー。iTunesのR&B/ソウルチャートで1位を獲得した。また6月28日にはダンスユニット・BAD QUEENと共に、ロサンゼルスでBET AWARDSの前夜祭として開催された "BET Experience" に初の日本人として出演、パフォーマンスを披露した。同年10月1日、2ndシングル『Memories』をリリース。10月22日リリースのSPICY CHOCOLATEのアルバム『渋谷純愛物語』収録の「ひとつだけの feat. TAK-Z & 當山みれい」にも参加した。2015年に入ってからも、2月4日リリースのDJ和のコンピレーション・アルバム『A GIRL↑↑3 mixed by DJ和』に「Memories」を提供した他、10月21日には「Love Me Crazy」、12月2日には「Our Song」のリリックビデオをYouTubeで公開した(この2曲は後にアルバム『My Way』に収録)。また12月16日リリースのglobeのトリビュート・アルバム『#globe20th -SPECIAL COVER BEST-』収録の「Can't Stop Fallin' in Love」、Beat Buddy Boiのミニアルバム『JUICEBOX』収録の「better days feat. 當山みれい」、12月23日リリースのSPICY CHOCOLATEのアルバム『渋谷純愛物語2』収録の「ベイビーガール feat. RAY & 當山みれい」にそれぞれ参加した。2016年7月20日、RADIO FISHの配信シングル「GOLDEN TOWER (feat. 當山みれい)」に参加した。また7月29日にはRADIO FISH feat. 當山みれいとしてテレビ朝日系『ミュージックステーション』に初出演。8月26日には赤坂BLITZで開催されたRADIO FISHのワンマンライブ「PERFECT SUMMER」にもゲストとして出演した。自身の18歳の誕生日である同年7月27日、1stアルバム『My Way』をリリース。iTunesのR&B/ソウルチャートで1位を獲得した。同年11月23日、3rdシングル『君のとなり』をリリース。