Michael Moore est né le 23 avril 1954 à Flint dans l'Etat du Michigan aux Etats-Unis. Son père, Francis Moore, ouvrier dans industrie automobile, est employé chez General Motors. Sa mère est secrétaire. Son oncle est l'un des fondateurs du Syndicat des Travailleurs de l'Automobile et le petit garçon baigne très jeune dans un environnement militant. Etudiant, il n'hésite pas à se faire le porte-parole de ses camarades de classe. Il entame des études de journalisme à l'Université du Michigan, mais abandonne son cursus pour fonder, à 22 ans, son propre le journal le Flint Voice, clin d'oeil à sa ville natale.
A la tête du journal pendant une dizaine d'années, il fait ses armes sur le terrain de l'investigation et se forge ses propres convictions. En 1989, il finance avec ses propres deniers le documentaire Roger et moi, dont le succès inattendu le révèle au grand public. Pour cette première réalisation, Michael Moore aborde un sujet qui lui tient particulièrement à coeur, la fermeture des usines de General Motors à Flint. L'énorme succès commercial conduit Michael Moore à poursuivre sur la voie du militantisme. En 1996, il réalise sa première fiction avec le long-métrage satirique Canadian Bacon. Il revient au documentaire avec The Big One (1999) dans lequel il dénonce l'appauvrissement de certaines classes de la population américaine.
Sa renommée internationale atteint son apogée en 2002, lors de la sortie de Bowling for Columbine, qui lui permet de rafler l'Oscar du meilleur film documentaire, le César du meilleur film étranger et le 55e Prix du Festival de Cannes. Inspiré d'un fait divers (la tuerie perpétrée au sein du lycée de Columbine en 1999), le documentaire aborde la question du port d'armes aux Etats-Unis et de l'industrie de l'armement américaine. En 2004, il remporte la Palme d'or du Festival de Cannes avec Fahrenheit 9/11. Depuis Michael Moore s'attache à pointer du doigt les dysfonctionnements de la société américaine et de ses institutions politiques; Sicko (2007) fustige le système de santé américain, Capitalisme : A love story (2009) critique le système économique. En 2016, il revient avec un nouveau projet: Where to Invade next, dans lequel il parcourt les quatre coins de la planète afin de découvrir ce que les Etats-Unis pourraient apprendre des autres pays.
Le 42e festival du film américain de Deauville lui rend hommage en septembre 2016 où il présente en avant-première Where to invade next.
Côté vie privée, Michael Moore est divorcé de Kathleen Glynn (1991–2014). Le couple a une fille, Natalie. En février 2016, il est hospitalisé à New York pour une pneumonie.