Matsoukas comenzó su carrera dando forma a poderosas historias de marca con algunos de los mayores nombres del entretenimiento. Anteriormente ha dirigido proyectos para Jay Z, Lady Gaga, Snoop Dogg, Solange, Pharrell y Rihanna, para quien dirigió los visuales de «We Found Love», ganador del premio MTV al mejor vídeo. Melina fue la primera mujer directora en solitario en recibir un premio MTV en la categoría de Mejor Vídeo, y más tarde también ganó un Grammy al mejor vídeo de formato largo por «We Found Love».
Matsoukas también se ha convertido en un frecuente cerebro creativo para Beyoncé, desde 2011, cuando se le pidió que entrara como directora creativa del álbum de la cantante, 4. Melina retomó su papel como arquitecta visual para el álbum sorpresa de 2016 del icono del pop, Lemonade, dirigiendo el innovador vídeo musical «Formation». Inspirado en las secuelas del huracán Katrina, el tema subyacente del vídeo sobre la agencia negra y el mensaje general de esperanza frente a historias traumáticas la llevaron a convertirse en la primera directora en ganar un Gran Premio de música en los Cannes Lions. Además, ganó seis premios MTV VMA, incluido el de vídeo del año, así como el premio al mejor vídeo musical en los Grammy de 2017. El vídeo se convirtió en un poderoso mensaje de unión para la población negra ante un país dividido y sumido en el tumulto.
Su reconocible marca de agua visual y su comprensión innata de la narración diversa la han llevado a ocupar la silla de directora de campañas globales de grandes clientes comerciales, como Adidas, Stella McCartney, Coca-Cola y Nike. En 2018, esta última la contrató para trabajar con la agencia publicitaria líder Wieden + Kennedy para conceptualizar y dirigir la campaña de gran éxito Equality, lanzada junto con el Mes de la Historia Negra y protagonizada por Lebron James. El anuncio ganó un lápiz de grafito en los premios D&AD de 2017 y un León de Bronce de Artesanía Cinematográfica en el Festival Internacional de Creatividad de Cannes 2017. Además de su trabajo en televisión, los galardonados vídeos musicales y las campañas de marca de Matsoukas contribuyeron a que fuera incluida en la prestigiosa lista «Creativity 50» de Ad Age en 2016. La lista distingue a los más vanguardistas que cambian la cultura en múltiples disciplinas.
Además, sus exploraciones de la narración en formato largo han dado resultados aclamados por la crítica. Como productora ejecutiva y directora de la exitosa serie de HBO Insecure, de Issa Rae, Matsoukas hizo su primera incursión en la televisión con guión. La serie ha sido muy aplaudida por su relevancia cultural y su capacidad para atraer al público en general sin dejar de dar una voz auténtica, positiva y global a las historias de las mujeres de color.
Entre los periodos de dirección de Insecure, Matsoukas también participó en la serie de Netflix protagonizada por Aziz Ansari, Master of None. La directora aportó su matizado punto de vista a varios episodios de la segunda temporada, incluida la entrega «Thanksgiving», ganadora de un premio Emmy y escrita por Lena Waithe. La aguda mirada de Melina y su talento para normalizar las narrativas de los tradicionalmente «otros» se combinaron con la conmovedora y a la vez humorística escritura de Lena para crear un retrato sensible y discreto de la queidad negra, y de las relaciones LGBTQIA.
En 2019, su debut en el largometraje Queen & Slim, escrito por Lena Waithe, se estrenó durante el fin de semana de Acción de Gracias y le valió una nominación al DGA en la categoría de Primera Película. Este mismo año, recibió la 29ª medalla Franklin J. Schaffner Alumni del American Film Institute, dado que se graduó en el Conservatorio con un máster de Bellas Artes en Cinematografía.
Matsoukas está desarrollando actualmente nuevos proyectos de cine y televisión, y recientemente ha anunciado que tiene un acuerdo de primera vista con FX.