Mel nacque da discendenze spagnole e irlandesi. Suo padre, il Dottor José María Ferrer, nato a Cuba e specializzato in malattie polmonari, servì come capo del personale al St. Vincent's Hospital di New York La madre di Mel, l'americana Mary Matilda Irene O'Donohue era la figlia del mercante di caffè Joseph J. O'Donohue, New York's City Commissioner of Parks, uno dei fondatori della Coffee Exchange e del Brooklyn-New York Ferry. Ardente oppositrice del Proibizionismo, nel 1934 Irene Ferrer fu nominata Presidentessa della Citizens Committee for Sane Liquor Laws dello stato di New York. Ferrer aveva tre fratelli: la sorella più anziana era la Dottoressa M. Irené Ferrer, cardiologa ed educatrice. Il fratello José M. Ferrer, diventò anch'egli chirurgo. L'altra sorella, Teresa Ferrer, era giornalista su temi religiosi presso il The New York Herald Tribune e editrice sulla educazione del Newsweek. Ferrer ricevette un'istruzione privata presso la Bovée School di New York e presso la Canterbury Prep School nel Connecticut, prima di frequentare la Princeton University fino al suo secondo anno. A quel punto abbandonò gli studi per dedicare più tempo alla recitazione. Lavorò anche come redattore di un piccolo giornale del Vermont e scrisse un libro per bambini, Tito's Hats (Garden City Publishing, 1940).  Il primo approccio di Ferrer con la recitazione risale al periodo dell'adolescenza in rappresentazioni teatrali estive (summer stock); nel 1937 vinse il Theatre Intime award for best new play, per il miglior lavoro scritto da un laureando di Princeton; il dramma, intitolato Awhile to Work, era interpretato anche da un'altra studentessa dell'università, Frances Pilchard, che in quello stesso anno divenne la prima moglie di Ferrer. All'età di ventun anni Ferrer approdò a Broadway come ballerino, mentre fece il suo debutto come attore due anni dopo. Dopo aver combattuto una battaglia contro la polio, Ferrer lavorò anche come disc jockey in Texas e Arkansas, per poi trasferirsi in Messico per lavorare ad un romanzo. Dopo qualche tempo tornò a lavorare a Broadway per poi passare in campo cinematografico, dirigendo una decina di film e interpretandone più di ottanta. Come produttore, otterrà il suo maggior successo col film Gli occhi della notte (1967). Nel 1945 Ferrer esordì alla regia con il film The Girl of the Limberlost, pellicola in bianco e nero a basso costo prodotta dalla Columbia Pictures. Tornò a Broadway per essere protagonista di Strange Fruit, basato sul romanzo di Lillian Smith. Il suo debutto come attore sul grande schermo risale al 1949, nel film La tragedia di Harlem; i suoi successivi ruoli più famosi sono quelli del burattinaio nel musical Lili (1953), accanto a Leslie Caron, del Marchese de Maynes in Scaramouche (1952) e del Principe Andrei in Guerra e pace (1956) nel quale recitò insieme a Audrey Hepburn. A partire dagli anni sessanta Ferrer si dedicò anche alla televisione, dirigendo alcune serie come The Farmer's Daughter (1963-1966), ma è maggiormente ricordato per il suo ruolo come partner di Jane Wyman in Falcon Crest, dal 1981 al 1984, nella parte del legale di Angela Channing, e brevemente come suo marito. Ha anche interpretato il Dr. Brogli in un episodio del 1979 di Return of the Saint. Per il suo contributo all'industria cinematografica Mel Ferrer ha una sua stella sull'Hollywood Walk of Fame al numero 6268 di Hollywood Boulevard. Mel Ferrer si sposò cinque volte: Frances Gunby Pilchard, un'attrice che divenne poi scultrice. Si sposarono il 23 ottobre 1937 e divorziarono nel 1939. La coppia ebbe un figlio, che però morì in tenera età. Barbara C. Tripp. Si sposarono nel 1940 e più tardi divorziarono. Ebbero due figli: Mela (nata nel 1943) e Christopher (nato nel 1944). Nel 1944 Ferrer si risposò con la sua prima moglie Frances Gunby Pilchard. Questo matrimonio finì anch'esso con un divorzio. Ebbero due figli: Pepa Philippa (nata nel 1941) e Mark Young (nato nel 1944 Audrey Hepburn, che sposò il 25 settembre 1954 e dalla quale divorziò il 5 dicembre 1968. Ebbero un solo figlio: Sean (nato nel 1960). Elizabeth Soukhoutine, che sposò il 19 febbraio 1971. Mel Ferrer è morto  all'età di 90 anni, nel suo ranch di Santa Barbara, a causa di un'insufficienza cardiaca. Dopo la cremazione, le sue ceneri sono state inumate nel suo ranch a Carpenteria.