Mélanie Bonis ble født inn i en lavere middelklasse-familie. De strengt religiøse foreldrene var nærmest fiendtlig innstilt til musikkinteressen hennes, så den første musikkopplæringen skaffet hun seg helt autodidaktisk. Tilslutt gikk foreldrene likevel med på at hun fikk klaverundervisning, da de hadde håp om at det ville øke sjansene på ekteskapsmarkedet. 18 år gammel ble hun pianoelev av César Franck. Han ble så imponert over Bonis' talent at han klarte å overbevise foreldrene om at hun måtte søke opptak på musikkkonservatoriet i Paris. Hun kom selvsagt inn og studerte fra 1876 harmonilære og klaverakkompagnement. Hun arbeidet flittig og vant i årene etter flere priser. Mot slutten av 1880 ble hun opptatt i Ernest Guirauds komposisjonsklasse. Medstudenter i klassen var blant andre Alfred Bruneau, Ernest Chausson, Gabriel Pierné og Claude Debussy.