Macha Méril naît de l'union de Marie Belsky et d'un prince russe, Wladimir Gagarine. Orpheline de son père, elle s'installe en France pour continuer ses études de lettres de Paris, qu'elle interrompt pour se consacrer à une carrière de comédienne en entrant au cours de Charles Dullin.
En 1959, Macha Méril commence sa carrière cinématographique dans La Main chaude, son second rôle significatif où elle interprète Yvette, la première réalisation de Gérard Oury qui est à la fois, acteur, scénariste et dialoguiste. Elle est ensuite élève à l'Actors Studio à New York entre 1960 et 1962.
Mariée au réalisateur et producteur de cinéma italien Gian Vittorio Baldi en 1959, elle s'installe à Rome et tourne dans plusieurs films italiens.
En 2005, elle reçoit le Prix "Reconnaissance des cinéphiles" décerné à Puget-Théniers