Mélanie Joly vokste opp i Ahuntsic, en bydel nord i Montréal. Jolys far er Clément Joly, en bokfører som var president for Liberal Partys finanskomite i Quebec og manager av Canadian Air Transport Security Authority fra 2002 til 2007. Hennes mor er Carole-Marie Allard, jurist, journalist og parkamentsmedlem fra 2000 til 2004.