Mylène Demongeot naît à Nice. 

De son vrai prénom Marie-Hélène, l'actrice est la fille d'un père français (de Nice) et d'une mère d'origine ukrainienne. Adolescente, elle grandit à Paris, ou elle apprend le piano et l'art dramatique. Elle va alors rencontrer un photographe, Henri Coste, avec qui elle va se marier en 1958. C'est grâce à une de ses photographies que le réalisateur des Sorcières de Salem remarquera la jeune blonde. Ils se sépareront en 1968.