Elle reçoit une éducation religieuse stricte et ressent, très vite, une grande piété et une grande foi qu'elle conserve toute sa vie. Aussi affronte-t-elle avec courage et détermination les préjugés hostiles pour la vie d'artiste et les mœurs légères que l'on prête aux femmes qui se destinent à une telle carrière.
Dès son plus jeune âge, Mélanie joue, seule, sur le vieux piano de ses parents. Promise au métier de couturière, elle échappe momentanément à cette destinée grâce à Jacques-Hippolyte Maury, un ami des parents, cornettiste, professeur au Conservatoire de Paris. Celui-ci la présente à César Franck qui s'intéresse à elle et la fait admettre fin 1876 au Conservatoire comme élève de la classe d'harmonie et accompagnement au piano pour les femmes (ancêtre des classes d'accompagnement au piano). Elle assiste en auditeur libre à la classe d'orgue de César Franck.
En 1878, elle obtient le Premier accessit d'harmonie et accompagnement dans la classe d'Ernest Guiraud[1]. Ensuite, elle étudie dans la nouvelle classe d'accompagnement au piano d'Auguste Bazille où elle est la condisciple de Claude Debussy. Elle est lauréate du Second prix d'accompagnement au piano en 1879[2].
En 1878, sous le directorat d'Ambroise Thomas, s'ouvrent pour la première fois de l'histoire du Conservatoire de Paris deux classes d'harmonie pour les femmes[3]. Mel Bonis est lauréate de cette classe et obtient en 1879 le Second prix, puis l'année suivante, en 1880, le Premier prix d'harmonie[4].
Après son Premier prix d'harmonie en 1880, Mel Bonis entre dans la classe de composition de son ancien maitre, Ernest Guiraud[5]. Elle y côtoie une nouvelle fois Debussy. Mélanie Bonis est très appréciée, ainsi qu'en témoignent les vœux envoyés par Ernest Guiraud pour l'année 1880 : « Ayez vos deux premiers prix aussi beaux que tout le monde y compte ».
En , son maitre Auguste Bazille dit d'elle qu'elle est « la plus forte de la classe mais la peur la paralyse ».
En novembre 1881, alors qu'elle envisage de se présenter au concours du Prix de Rome malgré la controverse que provoque son projet (le concours ne s'ouvre aux femmes qu'en 1903), Mel Bonis arrête soudainement ses études « pour des raisons familiales »[5]. En réalité, la catastrophe tient à sa rencontre deux années auparavant avec Amédée-Louis Hettich (1856-1937), élève de chant de la classe de Masset, et poète. Elle en est follement éprise, mais sa famille le tient en basse estime. Sourds aux sentiments de la jeune femme, ses parents organisent pour elle un mariage de convenance : à l'âge de 25 ans, elle épouse un riche entrepreneur spécialisé dans le cuir industriel – propriétaire de la maison Scellos, qui devient en 1883 Domange et Cie. Albert Domange, âgé de 47 ans, est lui-même deux fois veuf et il est déjà père de cinq enfants. Ils sont installés dans un hôtel particulier près du Parc Monceau, et passent vacances et week-ends entre la propriété de Sarcelles et une villa à Étretat. De cette union naissent trois enfants : Pierre, Jeanne et Édouard. De sa liaison avec Amédée-Louis Hettich nait secrètement une fille, Madeleine, en 1899. Par les hasards du destin, de retour de la Première guerre mondiale, son fils Édouard tombe amoureux de sa demi-sœur secrète. Leur mère n'a pas d'autre choix que d'avouer, sous le sceau du secret le plus absolu, la vérité. Édouard refait sa vie, quatre enfants, et meurt en 1932 au Caire.
Son mari meurt le . Elle invite Madeleine à passer des vacances dans la villa d'Étretat, avant de l'accueillir chez elle – au titre de filleule de guerre et sans jamais dévoiler son identité. À titre d'anecdote, Madeleine réchappe du bombardement par la Grosse Bertha de l'église Saint-Gervais qui fit 88 morts et 60 blessés le .
Elle meurt le 19 mars 1937 et est enterrée à Paris, au cimetière de Montmartre (24e division).
Le premier morceau de Mélanie Bonis est une pièce pour piano intitulée Impromptu qu'elle signe Mel Bonis : c'est le pseudonyme qu'elle choisit pour ne pas être reconnue comme femme en tant que « compositeur »[6]. Ensuite, elle écrit deux mélodies en collaboration avec Amédée-Louis Hettich sur deux poèmes de sa main, Villanelle et Sur la plage. Hettich est journaliste à L'art musical.
Au cours des années 1890, Mélanie Bonis retrouve Hettich, et elle collabore à sa célèbre collection Les airs classiques. Ils travaillent ensemble : elle compose des mélodies et des chœurs sur les textes du poète et il l'aide à faire valoir sa musique tout en lui ouvrant les portes des grands éditeurs parisiens.
En proie au doute et à la culpabilité jusqu'à sa mort, Mel Bonis compose plus que jamais dans les années 1900, sublimant ainsi sa douleur, la transformant en création. La compositrice se concentre, maintenant, sur la musique religieuse où elle essaie de rencontrer « l'amour divin » qui s'exprime, par exemple, dans son Cantique de Jean Racine écrit à la mémoire de son fils disparu.
Mel Bonis est membre de la Société nationale de musique de 1899 à 1911 et y occupe le poste de secrétaire à partir de 1910 – une première pour une femme.
Mel Bonis laisse une œuvre importante d'environ deux cents pièces, dont l'essentiel est composé entre 1892 et 1914.
Sa musique, de style postromantique, est bien inscrite dans son époque. Elle est très variée, allant du drame à l’humour, souvent vigoureuse et sensuelle, avec des dépaysements impressionnistes ou orientalistes, toujours très bien écrite et d’une grande sensibilité. C’est une écriture personnelle et aisément identifiable par l’originalité des harmonies et des rythmes.
Plusieurs partitions sont encore en cours d'édition ou de réédition.
Pièces pittoresques et poétiques I, recueil de cinq pièces – morceaux séparés : Impromptu (op. 1), Rondeau dans le genre ancien (op. 7), Près du ruisseau (op. 9), Pensée d'automne (op. 19), Berceuse (op. 23, n° 1)
Troisième volume Pièces pittoresques et poétiques II avec la Chanson du Rouet (op. 24), Papillons (op. 28), Romance sans paroles en la bémol majeur (op. 29), Méditations (op. 31), Marionnettes (op. 42), Carillon mystique (op. 31), Barcarolle en si bémol majeur -- posthume (op. 41), Le moustique (op. 66)
Pièces de concert, avec Prélude en la bémol majeur (op. 51), Barcarolle en mi bémol (op. 71), La cathédrale blessée (op. 107), Étude en sol bémol majeur (op. 136), Romance sans paroles (op. 43), Sevillana (op. 125), Ballade (op. 27)
Danses et pièces légères, deux cycles de trois danses et 15 pièces
Piano à quatre mains A
Pièces pittoresques et poétiques III, sept pièces séparées et un cycle de cinq pièces
Piano à quatre mains B, « suite en forme de valses »
Deux pianos à quatre mains, Scherzo (op. 40) et Variations (op. 85)
Trois femmes de légende : Salomé (op. 100, nº2) (cf. Femmes de légende pour piano), Ophélie (op. 165 nº2) posthume (cf. Femmes de légende pour piano), Le songe de Cléopâtre (op. 180 nº2)
Symphonie burlesque (op. 185), en quatre mouvements : En ballade, Pique-nique, Pastorale, Retour, œuvre posthume sous le pseudonyme de Pierre Domange (son mari s'appelle Albert Domange)
1998. Œuvres pour flûte et piano, par Kaspar Zehnder, flûte ; Patrizio Mazzola, piano (Pan classics 510 110) (OCLC605640737)
Femmes de légende pour piano, par Maria Stembolskaia, piano (Ligia Digital LIDI 0103214-10) (OCLC718391726)
2011. Regards : œuvres choisies de Mel Bonis, par Cécile Chaminade, Clara Schumann, Marianna von Martinez - Didier Castell-Jacomin, piano (Continuo Classics/Integral classic INT 221.250) (OCLC929671250)
2016. Le diamant noir : 18 danses pour piano de Mel Bonis, par Laurent Martin, piano (Ligia Digital)
2015. En dehors, récital : Mel Bonis, Sept femmes de légende et Lili Boulanger, Thème et variations - Kyra Steckeweh, piano (Kyra Steckeweh) (OCLC971261237)
2002. Orgues et organistes du XXe siècle (1900–1950) : Petite improvisation - Pierre Cochereau, orgue (« Les Introuvables » 5CD EMI 5748662) (OCLC51239114)
2016. Flöte und Orgel. Œuvres de Lachner, Schreiber, Bozza, Böhm et Mel Bonis (transcription pour flûte et orgue de Trois pièces pour flûte et piano ; Scherzo, Pièce et Air vaudois) (Querstane)
2017. L'œuvre pour orgue, premier enregistrement intégral - Georges Lartigau, orgue (2 CD Ligia)
1999. Sonate pour flûte française : Caplet, Bonis (Troisième sonate), Gaubert, Ravel - Felix Renggli, flûte ; Jan Schultsz, piano (Discover international) (OCLC610644551)
2008. Une flûte soupire Mel Bonis et Cécile Chaminade, œuvres pour flûte et piano - Anne-Laure Pantillon, flûte ; Christophe Sturzenegger, cor ; Marc Pantillon, piano (Pantillon records) (OCLC883325934)
Hommage à Mel Bonis, flûte et piano, par Sabine Seyfert, flûte et Yumiko Watanabe, piano (Kojima recording ALCD9047)
Kammer Musik der Belle Époque (Relief 8 cr 98 1042)
1999. Trois sonates de Mel Bonis, par Clara Novakova, flûte ; Kai Gleusteen, violon ; Jean-Marie Trotereau, violoncelle ; Laurent Martin, piano (1999, Voice of Lyrics c342) (OCLC224902426)
2001. Mel Bonis Quatuors, par Gordan Nikolitch, violon ; Jean-Philippe Vasseur, alto ; Jean-Marie Trotereau, violoncelle ; Laurent Martin, piano (Voice of Lyrics C344) (OCLC717733329)
1999. Mel Bonis, Französische Kammermusik (op. 59, 64, 69, 72, 111 et 127) - Production de l'ensemble Mel Bonis à Cologne (2CD Ensemble Mel Bonis) (OCLC985590116)
2007. Hommage à Debussy : Scènes de la forêt de Mel Bonis et Henri Lazarof, Oeden Partos et Claude Debussy - Mihi Kim, flûte ; Pierre-Henry Xuereb, alto ; Rachel Talitman, harpe (Harp & Co. 5050-10) (OCLC919494856)
2006. La joueuse de flûte, Tatjana Ruhland, flûte ; Florian Wiek, piano et les musiciens de l'orchestre de Stuttgart (Hänssler 93-204) (OCLC232133659)
2013. Soir et matin, Intégrale flûte et piano et deux trios pour cordes et piano arrangés pour flûte, violoncelle et piano : Air vaudois ; Une flûte soupire ; Andante et Allegro ; Suite orientale ; Pièce ; Sonate en do-dièse mineur ; Scherzo ; Soir et Matin - Fabienne Sulser, flûte ; Matthias Walpen, violoncelle ; Anne-Marie Aellen, piano (Gallo CD 1417) (OCLC958363304)
2013. Deux quatuors avec piano : Premier quatuor de Gabriel Fauré, Premier quatuor de Mel Bonis - Quatuor Giardini : Pascal Monlong, violon ; Caroline Donin, alto ; Pauline Buet, violoncelle ; David Violi, piano (Evidence Classics) (OCLC900449152)
2014. Musique de chambre avec flûte : Œuvres de Mel Bonis avec flûte en duos et trios - Jean-Michel Varache, flûte ; Jérôme Grangeon, piano ; Anne Copery, violoncelle ; Saskia Lethiec, violon (Urtext) (OCLC959969851)
2013. Dedication. Œuvres françaises pour flûte et piano (Bonis : Pièce, op. 189 ; Scherzo Final, op. 187, posthume) - Francesca Arnone, flûte ; Terry Lynn Hudson, piano (MSR Classics) (OCLC897429047)
2014. Ballabile : Récital de musique française pour violoncelle et piano. Poulenc, Duparc, Debussy, Bonis : Sonate, op. 67. Méditation, op. 33. Sérénade, op. 46 - Camille Seghers, violoncelle ; Olivier Laville, piano (Le Chant de Linos) (OCLC954462796)
2015. Liberté, égalité, sororité : Musique de chambre de compositrices françaises (Les Scènes de la forêt pour flûte, cor et piano) - Diane Ambache, piano et ses amis (Ambache) (OCLC956536377)
2016. Boulanger Trio Solitaires, Musiques rares pour trio avec piano par le trio Solitaires (œuvres de Grieg, Bloch, Suk, Henze et Mel Bonis : Soir et Matin) - Karla Haltenwanger, piano ; Birgit Erz, violon ; Ilona Kindt, violoncelle (Avi Records) (OCLC987039699)
2017. Mel Bonis, l'œuvre pour violon et piano - Francine Trachier, violon ; Françoise Tillard, piano (Le Chant de Linos)
2020. Compositrices à l'aube du XXe siècle : Sonate pour flûte et piano en do dièse mineur (op. 64 ; Pièce pour flûte et piano (op. 189) ; Scherzo (op. 187) posthume (et œuvres de Clémence de Grandval, Cécile Chaminade, Lili Boulanger et Augusta Holmes), Juliette Hurel (flûte) ; Hélène Couvert (piano) (Alpha classics)
1998. Florilège de musique française : chant et harpe - Colette Comoy-Alexandre, soprano ; Michaël Mulvey, baryton ; Huguette Geliot, harpe (Quantum DQM 6989) (OCLC658345463)
1999. Mel Bonis, Fauré, Franck, musique spirituelle, sous la direction de Jean-Philippe Sarcos (production : B. de Montalembert)
2000. Mel Bonis, Œuvres vocales religieuses - Schola Saint-Sauveur de la Cathédrale d'Aix-en-Provence, dir. Jean-François Sénart (Voice of Lyrics C345) (OCLC659116695)
2003. Romance : Invocation. Chanson d'amour. Songe. Une flûte soupire (Gutingi GUT 236) (OCLC725337977)
2007. Un flot d'astres frissonne : musique française pour voix de femmes, Regina Coeli - Calliope, chœur de femmes, dir. Régine Theodoresco (Calliope CAL 9374) (OCLC833415039)
2015. Mel Bonis, Trio Alouette Récital Mel Bonis : Gai printemps, piano, Élève-toi, mon âme, arrangement pour voix, flûte et piano, Trois mélodies pour mezzo-soprano, Sonate pour flûte et piano, Noël de la Vierge Marie, chant, Près du ruisseau, piano, Reproches tendre, Pourriez-vous pas me dire et Chanson d'amour, chant, Andante et Allegro, flûte et piano - Trio Alouette : Maria voor ‘t Hekke, mezzo-soprano ; Hélène - Hilde Michielsen, flûte ; Sylvia Wessels, piano (Etcetera Record)
2015. Mel Bonis, ses mélodies : 23 mélodies de Mel Bonis en solo et duos - Éliane Geiser, mezzo-soprano et Flurin Tschurr, basse ; Anne-Marie Aellen, piano. (Gallo)
Constant Pierre, Le Conservatoire national de musique et de déclamation : documents historiques et administratifs, Paris, Imprimerie nationale, (lire en ligne).
Michel Duchesneau, L'Avant-garde musicale et ses sociétés à Paris de 1871 à 1939, Paris, Éditions Mardaga, , 352 p. (ISBN2-87009-634-8).