Mielnik urodziła się na Ukrainie 9 czerwca 1945 roku w rodzinie żydowskiej. Była dwukrotną mistrzynią Europy (1971, 1974) w rzucie dyskiem. W 1972 roku zdobyła złoty medal na igrzyskach olimpijskich w Monachium. Jako pierwsza kobieta pokonała w tej konkurencji granicę 70 metrów. Aż 11 razy poprawiała rekord świata - po raz ostatni w 1976 roku (70,50 m).

 

Po zakończeniu kariery pracowała jako trenerka i jako dentystka w Moskwie.