Дочь француза и итальянки она с детства увлекалась танцами. В 1947 она становится солисткой балета в оперном театре Ниццы. В 17 лет Жоселен едет покорять Париж, несмотря на возражения родителей, которые видят дочь наследницей фармацевтической компании, принадлежащей семье Мерсье. Она танцует сначала в труппе Ролана Пети, а затем в труппе «Балет Эйфелевой башни». Вместе с тем она учится актерскому мастерству. Отчаявшись добиться успеха в балете, девушка вернулась в дом отца.
Случай свел ее с режиссером Дени де ла Пателльером. Дебют Жоселен в кино состоялся в фильме «Поворот ручки». Незвучное имя Жоселин не могло быть маркой экранного мифа. Поэтому продюсеры предложили ей сменить имя. Звезды эпохи именовались буквами-близнецами: ББ (Бриджит Бардо), ММ (Мэрилин Монро), КК (Клаудия Кардинале). Так родилась Мишель Мерсье.
За «Поворотом ручки» последовали роли в интернациональных романтических комедиях, американском фильме ужасов. Она снималась в фильме Франсуа Трюффо «Стреляйте в пианиста», в фильме Анатоля Литвака «Любите ли вы Брамса?». Удостоилась приза фестиваля Локарно за лучшую женскую роль в «Рычащих годах».
Мишель переезжает работать в Великобританию, а затем в Италию, где многочисленные роли в итальянских скетчах делают ее «самой известной французской актрисой в Италии».
В 1963 году было решено экранизировать роман Анны и Сержа Голон «Анжелика».
Роль Анжелики предназначалась Брижит Бардо, но актриса отказалась, о чем впоследствии очень жалела. Продюсеру Франку Косма предстояло найти достойную замену. На роль пробовались все знаменитые кинокрасотки того времени - француженки Аннетт Стройберг и Катрин Денев, американка Джейн Фонда, итальянки Моника Витти и Вирна Лизи. Предварительно на эту роль была утверждена Марина Влади (бывшая жена Робера Оссейна, за которым уже была закреплена главная мужская роль). Однако за несколько недель до начала съемок актрису переманили в другой фильм. После этого режиссерам не оставалось ничего, кроме как снова проводить кастинг. В список претендентов попала Мишель Мерсье. Несмотря на то, что в Италии она уже была большой звездой, во Франции Мишель не воспринимали серьезно. Но после проб она все-таки получила роль Анжелики. В течение четырех лет было снято пять фильмов про Анжелику, которые имели огромный успех.
На гребне успеха Мишель появляется на экране в роли проститутки в фильме «Гром небесный» с Жаном Габеном, а во «Второй истине» Кристиана-Жака играет убийцу. Но после «Анжелики», все появления Мерсье на экране малозаметны.
К концу 1960-х годов, имена Анжелика и Мишель Мерсье являются синонимами, и Мерсье была вынуждена покинуть Францию и попытаться вновь начать свою карьеру в Соединенных Штатах, к сожалению, без каких-либо успехов.
Несмотря на изобилие романов (она была почтена вниманием Элвиса Пресли, продюсера Хелла Уоллеса и других знаменитых мужчин), в ее жизни было слишком много предательства и измен. Мужчины, которые буквально штабелями выкладывались перед ее ногами, чаще всего воспринимали ее как Анжелику, а не как Мишель Мерсье.
Первый ее брак продлился недолго с 1961 по 1967. Ее муж, помощник режиссера Андре Смагги, в отличие от других ее мужчин не отговаривал ее сниматься. Находясь часто в разлуке, Мишель была несчастна. Однажды обнаружив на столе мужа множество писем, подтверждающих его неверность, подала на развод. Со вторым мужем, гонщиком Клодом Бурило, актриса прожила 14 лет (брак длился с 1968 по 1982).
В 1984 году, после двух разводов Мерсье ушла из кино, чтобы полностью отдаться личной жизни. На экранах она вновь появилась только через 14 лет. В 1999 финансовый крах заставит ее выставить на продажу личные вещи и платья Анжелики, некогда выкупленные у киностудии.
Мерсье продолжает появляться на кинофестивалях с ретроспективами фильмов об Анжелике. В 2006 году правительство Франции вручило актрисе Орден литературы и искусства.