Melissa Sagemiller (Washington, D.C., 1 de junho de 1974) é uma atriz americana de cinema e televisão.
Sagemiller nasceu em Washington, D.C., capital dos Estados Unidos, filha de uma ativista política e de um jogador profissional de futebol americano que jogou na NFL pelos New York Giants e pelos Washington Redskins. Frequentou a Georgetown Day School, e iniciou-se nas artes cênicas ainda criança, quando começou a estudar sapateado, balé, jazz e dança moderna. Estreou nos palcos atuando na peça To Kill a Mockingbird, com nove anos de idade. Aos 14 anos, no entanto, passou a trabalhar como modelo, após ser descoberta por Eileen Ford numa joalheira. Eventualmente largou a carreira de modelo para se formar em História da Arte na Universidade da Virgínia.
Pouco tempo depois de sua formatura, decidiu retornar à carreira artística em tempo integral, estudando no Conservatório de Stella Adler, no Estúdio Stonestreet, da Universidade de Nova York, e nos Estúdios Michael Howard.