Après une première apparition au cinéma en 1992 dans le film Betty, Gilbert Melki connaît le succès en 1997 grâce à La Vérité si je mens ! de Thomas Gilou, où il incarne Patrick Abitbol, un grand homme d’affaires millionnaire et «mégalo», un rôle qu’il reprend dans les deuxième et troisième volets de cette comédie à succès.
Il commence à jouer des rôles dramatiques à partir de 2001 avec Reines d’un jour et en 2002 dans la Trilogie de Lucas Belvaux, Un couple épatant, Cavale et Après la vie, Au plus près du paradis de Tonie Marshall ou encore en 2004, Les Temps qui changent d’André Téchiné avec Catherine Deneuve et Gérard Depardieu. D’autres réalisateurs comme Patrice Leconte, Luc Besson, Olivier Ducastel et Jacques Martineau, Valérie Lemercier, Alain Corneau, Jérome Salle, Benoit Mariage, Frédéric Mermoud et Cédric Anger, lui on confié des rôles.
Il interprète en 2012 le rôle de Jacky dans la série télévisée Kaboul Kitchen diffusée sur Canal+ depuis 2012 pour la saison 1 et en 2014 pour la saison 2 diffusé en janvier
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