Милен Жампаной родилась 12 июля 1980 года в городе Экс-ан-Прованс, Франция. Её отец — китаец, а мать — француженка. Жампаной начала свою актёрскую карьеру в 2001 году, с роли в телесериале «Сан-Тропе». Её героиня, Летиция Валански, участвовала в пятнадцати эпизодах.
В 2004 году Милен Жампаной сыграла сразу в двух фильмах, получивших в дальнейшем большую известность: «Багровые реки 2: Ангелы апокалипсиса» и «Набережная Орфевр, 36», правда обе эти роли были эпизодическими.
Первая главная роль, исполненная Милен Жампаной — Ли Мин, китайская лесбиянка, приговорённая к смертной казни за свою ориентацию, в кинофильме «Дочери китайского ботаника» (2006 год).
В 2008 году вышел на экраны фильм «Мученицы», получивший широкую, отчасти скандальную, известность. Жампаной исполнила в нём одну из главных ролей.
В 2010 году увидели свет сразу три фильма с участием Милен Жампаной, а именно биографическая лента, рассказывающая о французском поэте Серже Генсбуре «Генсбур. Любовь хулигана», телефильм «Шагреневая кожа», являющийся экранизацией одноимённого произведения Оноре де Бальзака и фантастический триллер «Потустороннее» американского режиссёра Клинта Иствуда.