Figlio dell’attrice britannica Diana Dill e di Lussur Danielovitch Demsky – meglio noto con il nome di Kirk Douglas. I genitori divorziano nel 1951 e Michael si trasferisce in Connecticut con la madre e il fratello minore Joel.

Conclusi gli studi alla Choate Rosemary Hall boys school, in Connecticut, si iscrive all’Università della California a Santa Barbara. Qui si diploma in teatro. Si trasferisce sulla costa occidentale e si specializza nella recitazione all’American Place Theatre di New York, sotto la direzione di Wynn Handman. Nel 1969 è il protagonista del film Hero! di David Miller Hail. Dal 1972 al 1976 è a fianco di Karl Malden nella fortunata serie televisiva Le strade di San Francisco.

Il 20 marzo 1977 Michael sposa Diadra Luker e il 13 dicembre 1978 diventa padre di Cameron Morrell Douglas. Nel 1975 produce Qualcuno volò sul nido del cuculo, grazie all’acquisto dei diritti sul romanzo di Ken Kesey da parte di Kirk Douglas. Nel 1979 interpreta e produce Sindrome cinese di James Bridges. Accanto a Kathleen Turner recita in due film di successo: nel 1984 All’inseguimento della pietra verde diretto da Robert Zemeckis e nel seguito del 1985 intitolato Il gioiello del Nilo, per la regia di Lewis Teague. Nel 1987 recita nel thriller di Adrian Lyne Attrazione fatale con Glenn Close. Nel 1989 è protagonista in due film di genere opposti: di nuovo con Kathleen Turner interpreta la commedia La guerra dei Roses, diretto da Danny De Vito, e per la regia di Ridley Scott il poliziesco Black Rain - Pioggia Sporca.

Nel 1987 con il ruolo di Gordon Gekko nel film Wall Street di Oliver Stone ottiene l’Oscar come migliore attore. Come produttore esecutivo nel 1997 realizza L’uomo della pioggia con il giovane Matt Damon e diretto da Francis Ford Coppola, e Face/Off – Due facce dell’assassino nel 1997 per la regia di John Woo. Nel 1992 interpreta il film Basic Instinct di Paul Verhoeven. La protagonista femminile è Sharon Stone. In questo periodo si ricovera nella clinica Sierra Tucson in Arizona. La stampa scandalistica afferma per disintossicarsi dal sesso. E’ lui stesso ha smentire: "L'unico effetto di Basic instinct e' stato quello del super-lavoro. E' piuttosto faticoso fare l'amore davanti alle telecamere per dieci giorni consecutivi, chiuso in una stanza". Nel 1993 recita nel film di denuncia sociale Un giorno di ordinaria follia diretto da Joel Schumacher.

Nel giugno 2000 divorzia dalla prima moglie. Il 18 novembre 2000 sposa l’attrice gallese Catherine-Zeta-Jones. L’8 agosto dello stesso anno nasce al Cedar-Sinai Medical Center di Beverly Hills il loro figlio Dylan Michael.

Nel 2000 recita nel film Traffic di Steven Soderbergh – film vincitore della statuetta come miglior regia e miglior attore non protagonista Benicio Del Toro - e in Wonder Boys di Curtis Hanson.

Il sito ufficiale dell'attore è michaeldouglas.com