Melanie, powiedziała dwa lata temu, że jest osobą biseksualną. Obecnie mieszka wraz z córką Phoenix Chi w Stanach Zjednoczonych. Ma także córkę Angel Iris z kilkumiesięcznego związku z amerykańskim aktorem komediowym, Eddiem Murphym, który początkowo nie przyznawał się do ojcostwa (potwierdzonego ostatecznie przez badania DNA).
Od 6 czerwca 2007 roku mężem piosenkarki jest producent muzyczny Stephen Belafonte, z którym wzięła ślub w Las Vegas. Mają córkę Madison (ur. 2011). We wrześniu 2007 roku wzięła udział w amerykańskiej edycji programu Taniec z gwiazdami – Dancing with the Stars, w którym ostatecznie zajęła drugie miejsce. Od 2011 roku jest jurorem australijskiej edycji programu The X Factor. W 2012 roku wraz z Danielem MacPhersonem współprowadziła 12. edycję australijskiej wersji formatu Taniec z gwiazdami.