Mylène Jampanoï est né d'un père chinois et d'une mère française.
Elle débute sa carrière d'actrice en 2001, en jouant dans la série sous le soleil. Elle apparaîtra dans les saisons 7 et 8 de la série. En 2004, elle est engagée par Olivier Dahan pour jouer dans Les Rivières pourpres 2 : les anges de l'apocalypse, son premier rôle au cinéma. La même année, Olivier Marchal lui offre un rôle dans 36 Quai des orfèvres.
En 2006, elle est engagée pour tenir le premier rôle dans Les Filles du botaniste de Dai Sijie. Suit La Vallée des fleurs de Pan Nalin, où elle y tient de nouveau le premier rôle féminin.
En 2007, elle devient l'égérie de Dior pour l'Asie.
En 2008, elle double l'une des personnages de la version française de Kung-Fu Panda.
En 2009, elle joue dans Martyrs de Pascal Laugier, un film qui, lors de sa sortie, écopa d'une interdiction aux moins de 18 ans. En 2010, elle change de registre et apparaît dans le biopic de Joann Sfar, Gainsbourg, vie héroïque, ou elle y incarne Bambou. Puis, c'est au tour de Clint Eastwood de lui offrir un petit rôle dans son Au-delà.
 
De 2006 à 2009 elle fut mariée à l'acteur indien Milind Soman, son partenaire dans La Vallée des fleurs. Elle vit aujourd'hui avec l'acteur François Vincentelli.