La familia se mudó a Francia en 1962.
En 1972, se graduó en la Facultad de Letras y Ciencias Humanas de la Universidad de Besançon con una licenciatura en filosofía.
Dentro del movimiento trotskista francés, Mélenchon se sumó a los lambertistas, agrupados en torno a Pierre Lambert, dirigente de la Organización Comunista Internacionalista (OCI).
Participó en el trabajo de los sindicatos en Besançon.
En 1977, ingresó en el ahora gobernante Partido Socialista (PS), rompiendo con los trotskistas.
A partir de 1988, Mélenchon se eligió al Consejo Nacional y al Buró Nacional del PS.
Con un grupo de simpatizantes, fundó la Izquierda Socialista, corriente anticapitalista del PS.
Entre 2000 y 2002 fue ministro delegado de Enseñanza Profesional en el Gobierno de Lionel Jospin.
Fue senador por el departamento de Essonne de 1986 a 2000 y de 2004 a 2010, además de desempeñar cargos en el Consejo General (llamado ahora Consejo Departamental) de Essonne.
En 2008, abandonó el PS por discrepancias con sus dirigentes, incluida la actual ministra de Ecología Ségolène Royal, criticándolos por su línea socioliberal y su distanciamiento de las ideas izquierdistas.
Junto con el también exmiembro del PS, Marc Dolez, fundó el Partido de Izquierda y fue su primer presidente.
En 2009 fue elegido diputado del Parlamento Europeo por el Grupo Confederal de la Izquierda Unitaria Europea/Izquierda Verde Nórdica; es miembro de la Comisión de Asuntos Exteriores.
Mélenchon obtuvo el 11,1% de los votos en las elecciones presidenciales de 2012.
En la segunda ronda dio su apoyó al actual mandatario saliente François Hollande (PS).
En 2017, el político se presentó nuevamente a los comicios presidenciales.
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Este mes de abril, atrajo mucha atención su hábil campaña con holograma que multiplica su presencia en varias ciudades simultáneamente, moderna utilización de las redes sociales y la inteligente elección de los escenarios para la televisión.
Mélenchon está divorciado, en 1974 tuvo una hija, Maryline, con su exesposa Bernadette Abriel.