Michael nació el 25 de septiembre de 1944. Es hijo del actor Kirk Douglas, protagonista de la película "Espartaco", y Diana Douglas.

Creció en Connectticut con su madre y padrastro, tras el divorcio de Kirk y Diana, aunque pasaba los veranos con su padre biológico Kirk.

Estudió Filosofía y Letras en la Universidad de California en Santa Barbara, donde se licenció en 1968.

Tras cursar sus estudios se trasladó a Nueva York para continuar su formación dramática primero con Stanford Meisner en el Neighborhood Playhouse y luego con Wynn Handman en el American Place Theatre.

Al poco tiempo de llegar a la gran manzana fue elegido para la producción de la CBS Playhouse "El Experimento" que le valió un posterior papel protagonista en "Hail Hero!" el proyecto inicial de la compañía de producción de cine teatral de la CBS, Cinema Center Films.

Compaginó sus trabajos cinematográficos con otras producciones de repertorio de verano y de fuera de Broadway. El productor de Quinn Martin quedó sorprendido con las últimas intervenciones en series de Douglas y lo contrata para el papel de compañero de Karl Malden en la serie policiaca "Las Calles de San Francisco"; el proyecto se convirtió en uno de los programas de mayor audiencia de la ABC durante los años setenta. Por este trabajo obtuvo dos nominaciones sucesivas a los premios Emmy y se le brindó la oportunidad de dirigir dos episodios.

Durante el tiempo que tenía libre se dedicaba a su compañía de producción cinematográfica, Big Stick Productions, Ltd. Se interesó por producir una versión para la gran pantalla de la novela "Alguien voló sobre el nido del cuco" y le compró los derechos a su padre para poder formar sociedad con Saul Zaentz.

La película fue un éxito comercial y de crítica como quedó demostrado con los cinco premios de la Academia, a Mejor película, Mejor director, Mejor guión, Mejor actor y Mejor actriz.

Su siguiente proyecto como productor fue "El síndrome de China", que obtuvo tres nominaciones. Tras algunos años apartado de la interpretación vuelve al cine con "Coma" (1978); en 1984 protagonizó y produjo "Tras el corazón verde", que fue un éxito clamoroso y a Douglas le sirvió para ser nombrado productor del año por la National Association of Theater Owners.

En 1987 interpretó el largometraje de suspense "Atracción Fatal" y en ese mismo año gana su primer Oscar como mejor actor por Wall Street.

Entre sus compañeros habituales encontramos a Kathleen Turner y Danny DeVito con los que ha trabajado en al menos tres películas.

Aunque su carrera ha estado plagada de éxitos, la película erótica y de suspense de Paul Verhoven, "Instinto Básico" (1992) le hizo dar un gran espaldarazo, conviertiéndolo en uno de los mayores ingresos del año.

En 1994 formó Douglas/Reuther Productions con el productor Steven Reuther, con las que apoyó a largometrajes como "Cara a cara" o "Legítima defensa".

Ha estado casado durante largo tiempo con Diandra, con la que tuvo un hijo, pero se divorció en Junio del año 2000. Tras su divorcio comenzó una relación sentimental con la también actriz Catherine Zeta-Jones, con la que se casaría en Noviembre del mismo año y con la que tiene 2 hijos, Dylan (2000) y Carys (2003).

Entre sus últimas películas destacan la producción "Cosas de familia", donde participan además de él, varios miembros reales de su familia como su padre Kirk, su hijo Cameron, y su madre Diana; "Hasta que la muerte los separe" (2003), donde trabaja junto a Ryan Reynolds y Robin Tunney; y el thriller "La sombra de la sospecha" (2006), con Kiefer Sutherland, Eva Longoria y Kim Basinger; la comedia "Tú, yo... y ahora Dupree" junto a Owen Wilson, Kate Hudson y Matt Dillon...