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.
Sagemiller apareceu na revista Movieline em agosto de 2001. Em novembro de 2001 Sagemiller apareceu na revista Gear. Recentemente, interpretou a personagem Michelle Ernhardt na série Raising the Bar, da TNT. Sagemiller também substituirá Paula Patton como assistente da promotora distrital em Law & Order: Special Victims Unit, série em que teve um dos primeiros papéis de sua carreira.
Em julho de 2006 ficou noiva do ator Alex Nesic, protagonista da série de televisão Sleeper Cell. O casal tem um filho.
Get Over It (2001) .... Allison McAllister
Soul Survivors (2001) .... Cassie
Sorority Boys (2002) .... Leah
Love Object (2003) .... Lisa Bellmer
The Clearing (2004) .... Jill Hayes
Standing Still (2005) .... Samantha
Life on the Ledge (2005) .... Claire
Without a Trace (1 episódio, "When Darkness Falls", 2005) .... Carmen Kuskowski
The Guardian (2006) .... Emily Thomas
Sleeper Cell (17 episódios, 2005-2006) .... Gayle Bishop
Mr. Woodcock (2007) .... Tracy
Pick Up the Pace: Making Mr. Woodcock (2008) .... ela própria
Phys Ed Trauma Tales (2008) .... ela própria