En 2002, Mélissa Theuriau obtient son premier emploi sur la chaîne Match TV. Elle est chroniqueuse pour l'émission J'y étais, un magazine d'actualités présenté par Frédéric Lopez.
En 2003, Jean-Claude Dassier, vice-président de l'antenne de LCI, lui propose de devenir le joker du journal télévisé et à partir de 2005 la présentation du journal LCI matin aux côtés de Thierry Gilardi.
En à la suite du départ pour Canal+ de Laurence Ferrari, le groupe TF1 lui propose la présentation du 20 heures, en joker de Claire Chazal. Après réflexion elle préfère refuser le poste « je sentais que je n’avais pas les épaules pour ce poste, j’avais peur de décevoir »[2]. Elle est licenciée sans ménagement de LCI : « Je me suis retrouvée dehors avec mes cartons, et mon badge ne fonctionnait plus »[1]. Elle est remplacée par Audrey Crespo-Mara laquelle deviendra également le Joker de Anne-Claire Coudray à la présentation des journaux du week-end de TF1[3].
En , elle remplace Anne-Sophie Lapix partie pour TF1[4] à la rédaction et à la présentation de l'émission Zone interdite sur M6[5] et réalise des reportages pour l'émission 66 minutes sur M6. En parallèle la présentatrice écrit et présente Un jour, une photo, un module court (la petite histoire d'une grande photo) diffusé sur la chaîne TV payante Paris Première et en partenariat avec le magazine de presse Paris Match.
Depuis , elle anime un nouveau magazine culturel sur Paris Première (chaîne du groupe M6) : Deux, trois jours avec moi, une série d'interviews avec vedettes dans leurs villes préférées[6].
En 2011, elle prête sa voix à un programme intitulé Le Temps d’un poème sur la chaîne jeunesse Disney Junior[8].
En , elle arrête la présentation de Zone interdite[9] et quitte M6. Elle souhaite se consacrer à la réalisation de documentaires avec sa société de production 416 créée en 2008[10].
Le , jour de sa dernière émission de Zone Interdite, la journaliste marque le coup en venant pieds nus sur le plateau.
La même année, elle fait une brève apparition dans la vidéo parodique de Florence Foresti sur la série Bref[11]. Elle incarne la mère de famille idéale, ce que par ailleurs elle semble considérer être[12].
En 2014, Mélissa Theuriau achète les droits du livre de Marlène SchiappaPas plus de 4 heures de sommeil (Stock) pour une éventuelle adaptation au cinéma[15].
Le , Mélissa Theuriau se marie avec l'acteur et humoriste Jamel Debbouze[17], avec lequel elle est en couple depuis [18]. Ils ont un fils, Léon, né le et une fille, Lila, née le [19].
Depuis 2006, elle soutient et aide l'association « Rêves » qui œuvre pour les enfants hospitalisés dont le pronostic vital est réservé[20].
En 2007, elle est marraine de l’association présidée par Tina Kieffer, « la Rose Marie Claire », ce en liaison avec l'Unicef. Cette association, devenue par la suite « la Flamme Marie Claire », vend des bougies pour aider les jeunes filles à accéder à l'éducation et fréquenter l'école[21].
Documentaires
Avec sa société de production 416, Mélissa Theuriau va produire les documentaires suivants :
L'Entrée des Trappistes, la vie de son mari Jamel Debbouze et de ses amis Nicolas Anelka et Omar Sy issus tous les trois de la ville de Trappes, diffusé en 2012 sur Canal+ en crypté,
Gaza jeunesse sous surveillance, diffusé sur TEVA,
Ils ont voté Front National, rencontre avec des électeurs du FN en Moselle diffusé le sur M6[22]
Villiers-le-Bel : la contre-enquête diffusé sur France 2,
Liberté, égalité, improvisez, faire de l'improvisation théâtrale une discipline scolaire. L'improvisation y apparaît comme un remède miracle contre les inégalités, l'exclusion et l'échec scolaire[23]. Un concept développé par son mari Jamel Debbouze et son histoire personnelle, Alain Degois et Marc Ladreit[24] diffusé sur Canal+,
L'absente, maman est en prison diffusé sur M6[25],
Les Réseaux de la haine, Le harcèlement sur les réseaux sociaux et internet d’anonymes ou de personnalités publiques, réalisé par Rokhaya Diallo, diffusé sur LCP
Ici tout est loin, diffusé sur France 2 en février 2021, reportage sur la jeunesse issue des zones rurales et des petites villes et sur l'initiative de l'association Chemins d'avenirs portée par madame Salomé Berlioux, fondatrice et directrice générale.
Polémiques
En , lors de l'émission Zone interdite, Mélissa Theuriau a une altercation avec le ministre de l'Intérieur de l'époque Brice Hortefeux au sujet des émeutes de Clichy-sous-Bois en 2005. Pour elle la police outrepasse ses droits, s'ensuit un débat houleux où chacun reste sur ses positions[27].
En , sa société de production coproduit avec le soutien du groupe Walt Disney la réalisation d'un clip pour le compte du ministère de l'Éducation nationale pour la journée nationale contre le harcèlement à l'école. Pour plusieurs syndicats de l'Éducation nationale, le clip est « hors sujet et méprisant envers les enseignants »[28].