Madelaine Petsch nació el 18 de agosto de 1994 en Port Orchard, Washington. Sus padres, Timothy S. Petsch y Michele Pestch, eran de Sudáfrica y luego se mudaron a los Estados Unidos.
Madelaine estuvo interesada en las artes escénicas, especialmente en la actuación y la danza, desde sua infancia. Su madre la matriculó en una escuela de baile cuando tenía 3 años. Deespués de un año, también se unió a las clases de teatro.
Para cuando era adolescente, había comenzado a asistir al teatro escolar. Una vez que completó la escuela de arte, se unió a la 'Tacoma School of the Arts'. Después de su graduación, se mudó a Los Ángeles para comenzar su carrera como actriz profesional. Sin embargo, no le fue fácil adaptarse a la vida de la gran ciudad. Para mantenerse trabajó en cafeterías, restaurantes y también con un fotógrafo. Una vez declaró en una entrevista que había asistido a 247 audiciones durante sus días difíciles.
En 2014, hizo una audición para una campaña nacional de 'Coca-Cola' y fue seleccionada como la cara de la campaña, lo que la llevó a ganar más contactos en la industria. El mismo año, obtuvo un pequeño papel en una película de terror titulada 'The Hive', una película independiente que recibió un pequeño lanzamiento. Madelaine tuvo un pequeño papel sin nombre en la película.
Al año siguiente, apareció en una comedia titulada 'Instant Mom', una serie para niños de 'Nickelodeon'. Madelaine interpretó el papel de una sirena en un solo episodio titulado 'Gone Batty'. Más tarde apareció como 'Eliza' en la película para televisión 'La maldición de la bella durmiente'. La película recibió muchas críticas negativas. Fue una versión más oscura del clásico cuento de hadas 'La bella durmiente'.
En 2016, la llamaron para una audición para el piloto de la serie 'Riverdale'. Inicialmente fue llamada llamada para el rol de 'Betty', un personaje menor. Después de leer las líneas, tuvo que esperar cuatro meses antes de recibir una llamada sobre su selección. Más tarde reveló que el programa fue un golpe de suerte, ya que originalmente estaba allí para audicionar para la serie 'Legends of Tomorrow'. Los productores de 'Legends of Tomorrow' le pidieron que hiciera una audición para 'Riverdale'.
Madelaine consiguió el papel de 'Cheryl Blossom'. La serie se basa en los cómics exitosos de 'Archie' y obtuvo excelentes críticas en todo el mundo. 'Cheryl' se convirtió en uno de los personajes más populares de la serie. 'Cheryl' fue retratada como una chica rica y manipuladora y una de las compañeras de clase de Archie. La respuesta a la primera temporada de la serie fue prometedora. Aunque la segunda temporada no obtuvo tantas buenas críticas como la primera, fue bien recibida por el público.
Pronto, el éxito del programa rompió las fronteras nacionales y Cheryl ganó fama internacional. Ganó el premio 'Choice Hissy Fit' en los 'Teen Choice Awards' en 2017 y 2018. También ganó el premio 'Scene Stealer' en los 'MTV Movie & TV Awards' en 2018.
Después de su exitosa temporada con 'Riverdale', Madelaine apareció en la película directa para video 'F the Prom'. Desempeñó el papel de 'Marissa' en la comedia adolescente. La película recibió muchas críticas negativas tanto de los críticos como del público. Fue nombrada una de las peores películas de 2017.
Madelaine es una amante de los animales y se ha expresado abiertamente sobre los derechos de los animales. También afirma haber sido vegana desde los 14 años. Ha aparecido en las campañas de 'Personas para el tratamiento ético de los animales' (PETA).