Mylène Gautier est née le 12 septembre 1961 à Pierrefonds (arrondissement de Montréal) de parents français. Son père, Max, ingénieur des ponts et chaussées, a été muté au Canada pour travailler à la construction du barrage de Manicouagan, entraînant avec lui sa mère, sa femme (Marguerite, mère au foyer), et ses enfants (Brigitte et Jean-Loup). Mylène passe ainsi ses 8 premières années au Québec, période dont elle dit n'avoir que peu de souvenirs, hormis un paysage de plaines enneigées







En 1969, la famille retourne vivre en France et emménage à Ville-d'Avray en banlieue parisienne, où nait alors le dernier enfant, Michel. Adolescente solitaire à l'allure « garçon manqué », la jeune Mylène passe ses vacances dans la Bretagne natale de sa mère (son père est né à Marseille) dont elle aime les paysages tourmentés. À cette époque, elle envisage de devenir monitrice d'équitation, et se rend fréquemment au chevet d'enfants malades hospitalisés (notamment auprès de jeunes patients tétraplégiques de l'Hôpital de Garches) - une activité qu'elle poursuit encore aujourd'hui.
Deux jours seulement après la rentrée en Terminale A4, elle claque la porte du lycée et déménage à Paris. Elle suit alors une formation théâtrale au cours Florent afin de devenir comédienne, et enchaîne plusieurs petits boulots, notamment dans le mannequinat pour des catalogues ou des publicités