Melissa Chessington Leo (New York, 14 september 1960) is een Amerikaans actrice. Ze won in 2011 een Oscar voor haar bijrol in The Fighter, nadat ze in 2009 al was genomineerd voor eenzelfde onderscheiding voor haar hoofdrol in Frozen River. Daarnaast won ze meer dan 35 andere acteerprijzen, waaronder een Golden Globe, een Screen Actors Guild Award (allebei voor The Fighter), een Primetime Emmy Award (voor een gastrol in de komedieserie Louie), een Independent Spirit Award en een National Board of Review Award (allebei voor Frozen River).
Leo maakte haar acteerdebuut op 17 april 1984 toen ze voor het eerst te zien was als Linda Warner in de soapserie All My Children. Een jaar later verscheen ze voor het eerst in een film, als Peggy in Always. Sindsdien speelde Leo meer dan zeventig rollen op het witte doek. Niettemin was film niet het enige waar ze zich op toelegde. Zo was de Amerikaanse van september 1989 tot en met mei 1990 te zien als Emma Shannon in de westernreeks The Young Riders en van januari 1993 tot en met mei 1997 als Detective-Sergeant Kay Howard in de politieserie Homicide: Life on the Street.