Его отец имел еврейское происхождение и родился под именем Иссур Данилович. Бабушка и дедушка Майкла по отцовской линии были эмигрантами из Чаусов (Беларусь)[5][6][7][8][9][10]. Его мать была родом из Девоншира и имела английское, ирландское, шотландское, валлийское, французское, бельгийское и голландское происхождение[11][12]. Дядей Дугласа был политик сэр Николас Баярд Дилл, а дед Дугласа по материнской линии ― подполковник Томас Мелвилл Дилл, занимал пост генерального прокурора Бермудских островов, члена парламента Бермудских островов (MCP) и командира артиллерии милиции Бермудских островов[13]. Его прадед, Томас Ньюболд Дилл (1837—1910), был членом парламента округа Девоншир с 1868 по 1888 год, членом Законодательного совета и помощником судьи с 1888 года, мэром города Гамильтон с 1891 по 1897 год, работал в многочисленных комитетах и советах и был членом Девонширской церкви. У Дугласа есть младший брат Джоэл Дуглас (1947 г.р.) и два единокровных брата, Питер Дуглас (1955 г.р.) и Эрик Дуглас (1958—2004), от мачехи Энн Буйденс.
Дуглас посещал школу Аллена-Стивенсона в Нью-Йорке, школу Иглбрук в Дирфилде, штат Массачусетс и Подготовительную школу Чоут (ныне Чоут Розмари Холл) в Уоллингфорде, штат Коннектикут. Он получил степень бакалавра драматического искусства в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре в 1968 году, где он также был почётным президентом Ассоциации выпускников UCSB. Он учился актёрскому мастерству у Винна Хэндмана в театре Американ Плейс в Нью-Йорке[14].
Первой ролью, которая принесла Дугласу известность, стала роль инспектора Стива Келлера в телесериале «Улицы Сан-Франциско» (1972—1976). В это время он убедил отца переуступить ему права на экранизацию романа «Пролетая над гнездом кукушки». Дуглас выступил продюсером этого проекта, который завоевал премию «Оскар» как лучший фильм года.
Дуглас всегда отстаивал необходимость ядерного разоружения и решил посвятить свой следующий проект этой теме. Фильм «Китайский синдром» вышел на экраны в 1979 году и вызвал немало шума. Помимо продюсирования, Дуглас сыграл одну из главных ролей в этой картине.
В 1980 году с актёром произошёл несчастный случай: он разбился, спускаясь на лыжах с горы. Продолжение кинокарьеры пришлось отложить на три года, за которые его имя изрядно потускнело. Вдохновлённый успехом фильмов про Индиану Джонса, Дуглас решил вернуться в кино в приключенческой ленте подобного плана. Результатом этой стратегии стал экшн-фильм «Роман с камнем» (1984), весьма успешный с коммерческой точки зрения. Вскоре последовал сиквел — «Жемчужина Нила».
Во второй половине 1980-х Дуглас сыграл, по мнению многих критиков, три свои самые выдающиеся роли, — в фильмах «Роковое влечение» вместе c одноклассницей Гленн Клоуз; у Оливера Стоуна в фильме «Уолл-стрит» и у своего друга Дэнни Де Вито в ленте «Война Роузов». Закончив десятилетие в качестве одного из самых высокооплачиваемых и востребованных актёров Голливуда, Дуглас в 1992 году вновь привлёк всеобщее внимание громкой и неоднозначной ролью — в «Основном инстинкте».
После съёмок «Summertree» (1971) начал встречаться с актрисой Брендой Ваккаро. Отношения длились около шести лет[15].
В марте 1977 года[16] 32-летний Дуглас женился на 19-летней Диандре Лукер, дочери австрийского дипломата[17]. В 2000 году они развелись. От брака у него сын Кэмерон (род. 1978).
18 ноября 2000 года его новой супругой стала молодая британская актриса Кэтрин Зета-Джонс, с которой они родились в один день с разницей в 25 лет. У них двое детей: Дилан Майкл (род. 2000) и Кэрис Зета (род. 2003).
В апреле 2010 года сын актёра Кэмерон Дуглас был приговорён судом Нью-Йорка к пяти годам тюрьмы за торговлю наркотиками[18].
В августе 2010 года у актёра диагностировали рак гортани. В начале декабря 2010 года в своём интервью после окончания курса лечения знаменитый артист подтвердил, что намерен вновь вернуться к работе; уже через два года Дуглас возвратился в кино с ролями в картинах Стивена Содерберга, в частности, ролью пианиста Владзи Валентино Либераче в его телефильме «За канделябрами».
11 января 2011 года Дуглас сообщил, что излечился от рака[19].
16 августа 2013 года Майкл Дуглас заявил о намерении подать на развод с Зетой-Джонс. Причиной такого заявления послужило то, что актёр «не в силах терпеть больше глобальную депрессию, которая ярко выражена из-за болезни Кэтрин».
В ноябре 2013 года стало известно, что Майкл Дуглас и Кэтрин Зета-Джонс восстановили свои отношения[20].
В январе 2015 года Майкл Дуглас был выбран лауреатом ежегодной премии «Генезис», которую зачастую называют «Еврейской нобелевской премией»[21]. Дуглас заявил, что пожертвует причитающееся ему денежное вознаграждение в размере 1 миллиона долларов США на благотворительность, способствующую приобщению и многообразию в еврейской жизни[21]. Артист назвал своей миссией борьбу с антисемитизмом, который он назвал «вирусом, способным погубить всё человечество»[22].