Meltem Yılmazkaya, 27 Kasım 1984'te İstanbul'da doğdu. Meltem Yılmazkaya, çocukluk yıllarında tiyatro kurslarına devam etti ve 13 yaşından itibaren animatörlük yaptı. Müjdat Gezen Sanat Merkezi'nde iki yıllık oyunculuk eğitimi aldıktan sonra, Yeditepe Üniversitesi Güzel Sanatlar Fakültesi Tiyatro Bölümü'nde burslu olarak yükseköğrenim gördü ve 2012 yılında mezun oldu.
Öğrencilik yıllarından itibaren sinema ve dizilerde oyunculuk yaptı; bazı sanat okullarında drama dersleri verdi. 2008 yılında BKM'nin sahnelediği “Sizinkiler” adlı çocuk oyununda yer aldı ve 2009'dan itibaren televizyon dizilerinde rol almaya başladı. "Aile Saadeti" adlı dizide 'Fitnat', "Benim Annem Bir Melek" adlı dizide 'Berivan', "Şen Yuva" (2010) adlı dizide 'Kadife' karakterlerini canlandırdı. Ayrıca "Aşkın Hâlleri" (2012) ve "Aldırma Gönül" (2013) dizilerinde de rol aldı.
Meltem Yılmazkaya, 2013 yılından itibaren yayımlanan ve skeçlerden oluşan "Güldür Güldür Show" adlı televizyon programında çeşitli karakterler canlandırdı. Bu şovda canlandırdığı 'Mehtap' karakteri ile büyük beğeni topladı.
Sinemada BKM yapımı "Dedemin Fişi” ve “Kaçma Birader” (2016), "Cici Babam" (2018) adlı filmlerde rol aldı.
Türkiye'de kadın sorunları üzerine çalışmalar yapan Yılmazkaya, senaryosunu yazdığı ve Fatih Kılıç ile birlikte yönettiği kadına yönelik şiddeti konu eden “neden(siz)” adlı kısa film ile birçok festivalde yer aldı ve İstanbul Kısa Filmciler Derneği Kısa Film Yarışması'nda birincilik ödülü kazandı. 2019'dan itibaren Türkiye'nin doğu ve güneydoğusunda kadınlarla GAP ÇATOM (Çok Amaçlı Toplum Merkezleri) projesi kapsamında gönüllü olarak yaratıcı drama atölyeleri düzenledi.
Lise yıllarından itibaren şarkılar besteleyen Yılmazkaya, rol aldığı skeçlerde ve konuk olduğu televizyon şovlarında seslendirdiği şarkı ve türkülerle ilgi gördü. 2016 yılında "Kendime Yalanlar" adlı şarkısını seslendirdiği teklisini çıkardı.
2016'da yedi farklı yazarın kaleme aldığı ve farklı yönetmenlerin yönettiği yedi monologdan oluşan "Balat Monolog Müzesi" adlı projede "Ağrı" adlı monolog ile yazar-yönetmen olarak, 2017'de Kadıköy Emek Tiyatrosu'nun sahnelediği "Sevmekten Öldü Desinler" adlı müzikal oyunda oyuncu olarak yer aldı. "Sevmekten Öldü Desinler" müzikalindeki rol arkadaşları ile birlikte 2018 Sadri Alışık Tiyatro Ödülleri'nde Seçici Kurul Özel Ödülü'ne layık görüldü.
