Melissa Chessington Leo (New York, 14 settembre 1960) è un'attrice statunitense.
Ha ricevuto 2 candidature ai Premi Oscar come migliore attrice per Frozen River - Fiume di ghiaccio e come migliore attrice non protagonista per The Fighter, vincendolo per quest'ultimo.
Figlia di Peggy e Arnold Leo, è stata compagna dell'attore John Heard, dal quale nel 1987 ha avuto un figlio di nome John Matthew Heard; l'attrice ha anche un altro figlio, adottato, Adam (1984). È conosciuta per il ruolo della testarda detective Kay Howard nel telefilm Homicide (1993-1997). Ha preso parte anche a numerosi serial televisivi come La valle dei pini e I ragazzi della prateria, e molti film tra cui Il grande odio, Last Summer in the Hamptons, 21 grammi e Le tre sepolture.
Nel 2008 ha conquistato il successo internazionale con il film indipendente Frozen River - Fiume di ghiaccio di Courtney Hunt. La sua interpretazione è stata apprezzata dal pubblico e dalla critica e coronata dalla candidatura agli Screen Actors Guild Awards 2008 e al premio Oscar nel 2009 come miglior attrice protagonista.
Nel 2011 ha vinto il Golden Globe per la migliore attrice non protagonista e l'Oscar alla miglior attrice non protagonista per The Fighter. Nel 2012 prende parte al film Flight di Robert Zemeckis. Nel 2017 viene distribuito da Netflix il film biografico La donna più odiata d'America, in cui è protagonista nel ruolo di Madalyn Murray O'Hair[1].
Nelle versioni in italiano dei suoi film, Melissa Leo è stata doppiata da: