Жорж Мельес родился в Париже, в семье состоятельного обувного фабриканта. С детства он увлекался театром и конструировал кукольные театры. В зрелом возрасте он преобрел театр «Роббер-Уден», в котором выступал как иллюзионист.

В 1895 году он оказался на одном из первых киносеансов братьев Люмьер и сразу же стал горячим поклонником кинематографа. Не сумев купить у Люмьеров сконструированную ими камеру-проектор, Мельес нашел возможность приобрести схожий аппарат английского производства и начал активно снимать фильмы.

Ранние работы Мельеса мало чем отличались от фильмов Люмьеров, однако в 1896 году он начал создавать первые спецэффекты, которые были основаны на стоп-кадре, многокадровой экспозиции, покадровой съемке и других схожих приемах.

В 1897 году Мельес основал студию «Стар фильм» в своем поместье в Монтре и начал производство короткометражных кинофильмов. Наибольшим спросом из его фильмов пользовалась «псевдохроника» - постановочные сцены, которые воспроизводили реальные события. Примерам подобных картин могут служить фильмы «ДелоДрейфуса» и «Коронация Эдуарда VII».

С 1896 по 1913 год Мельес снял более 500 фильмов длительностью от одной до 40 минут (разные источники указывают от 517 до 666 фильмов), из которых сохранилось около 200.

По настоящему гений Мельеса проявился постановок так называемых «феерий» - фильмов, сочетавших в себе элементы сказки, мистики и фантастики и состоявших из непрерывной череды трюков. Самой известной феерией Мельеса является картина «Путешествие на Луну» (1902) — первый в истории кинематографа научно-фантастический фильм.

Не смотря на успех своих ранних работ, Мельес не мог угнаться за развитием киноязыка, его фильмы стали казаться архаичными, и концу 10-х годов он полностью разорился. В 1920-е годы Жорж Мельес работал продавцом игрушек на Монпарнасе.

В 1932 году Кинематографическое общество приютило его в замке Орли, где он и прожил остаток жизни. Мэтра не стало 21 января 1938 года.