Enfant de Los Angeles, Michael Bay étudie à l'université Wesleyan de Middletown dans le Connecticut, puis se perfectionne en cinéma à l'Art Center College of Design de Pasadena.

Il fait ses armes dans le monde du divertissement, chez Lucasfilm, comme assistant de production (série télévisée « Tribunal de nuit », 1984).

Il apparaît au petit écran (un épisode de « Miami Vice », 1986, le téléfilm « La Vengeance de Tony Cimo » de Marc Daniels, 1986) et collabore à PROPOSITION INDÉCENTE d'Adrian Lyne (1993).

Il se fait surtout connaître comme réalisateur de clips vidéo pour Meat Loaf, Lionel Richie, Tina Turner, Richard Marx, Wilson Phillips, Donny Osmond, et de publicités pour les marques phares Coca-Cola, Nike, Reebok ou Budweiser, qui lui valent de nombreux prix.

Il signe également un documentaire pour la firme au petit lapin « Playboy Video Centerfold : Kerri Kendall » (1990).

Débuts dans le long métrage avec le film d'action BAD BOYS (1995), porté par le tandem Will Smith / Martin Lawrence, et produit par Jerry Bruckheimer. Triomphe mondial.

Le tandem réalisateur/producteur se spécialise dans le blockbuster musclé, avec ROCK (1996), récit carcéral avec Sean Connery, Nicolas Cage et Ed Harris, et ARMAGEDDON (1998), aventure catastrophe avec Bruce Willis, Ben Affleck, Billy Bob Thornton et Liv Tyler.

Il signe ensuite PEARL HARBOR (2001), fresque historico-sentimentale avec Ben Affleck, Josh Hartnett et Kate Beckinsale, et BAD BOYS II (2003), avec toujours autant d'efficacité commerciale et de succès.

Sans Bruckheimer, il signe la superproduction d'anticipation THE ISLAND (2005) avec Ewan McGregor et Scarlett Johansson, qui attire moins de spectateurs.

Sa rencontre avec Steven Spielberg débouche sur la trilogie triomphale TRANSFORMERS (2007-2009-2011), péripéties fantastiques d'humains opposés à des robots protéiformes qui lance Shia LaBeouf et Megan Fox sur la scène internationale.

Pro des effets spéciaux « maousse costauds », des mouvements de caméra incessants et des montages sur-vitaminés, il produit ses propres films et lance la société Platinum Dunes centrée sur le cinéma à frissons, avec les remakes MASSACRE À LA TRONÇONNEUSE (Marcus Nispel, Jonathan Liebesman), AMITYVILLE (Andrew Douglas), HITCHER (Dave Meyers), VENDREDI 13 (Nispel) et FREDDY, LES GRIFFES DE LA NUIT (Samuel Bayer) (2003-2010).

Mais aussi les créations originales UNBORN (David S. Goyer, 2008) et LES CAVALIERS DE L'APOCALYPSE (Jonas Akerlund, 2009), dans lequel il apparaît brièvement, tout comme dans MYSTERY MEN (Kinka Usher, 1999) ou COYOTE GIRLS (David McNally, 2000).