Figlio di un generale dell'esercito canadese, passa un'infanzia tranquilla nonostante i frequenti trasferimentii per motivi di lavoro del padre; la famiglia Fox si sistema a Burnaby, alla periferia di Vancouver, quando Michael ha 5 anni.
Seguendo il suggerimento del suo professore di recitazione fa un provino per il ruolo di un ragazzino di 10 anni nel programma televisivo "Leo and Me"; Michael ha 15 anni ma la sua altezza e costituzione fisica lo aiutano a ottenere la parte. Lo show dura solo 13 settimane, abbastanza per convincere Michael che il cinema sarà il suo futuro: appena compiuti i 18 anni, abbandona la scuola poco prima di ottenere il diploma, aggiunge una J. al nome in omaggio all'attore Michael J. Pollard e si trasferisce a Hollywood, California.
La carriera promette bene, per un paio d'anni ottiene alcune piccole parti e lavora nella serie TV "Palmerstown, U.S.A.". Nel 1982 il suo agente gli propone il ruolo di protagonista per una nuova serie tv prodotta dalla rete NBC: "Casa Keaton", dove interpreta lo yuppy-teenager Alex P. Keaton. Questo telefilm lo rende famoso negli Stati Uniti e all'estero; ma la fama di Casa Keaton è solo un'anticipazione del successo di livello mondiale che da lì a poco travolgerà l'attore. Michael, proprio grazie al suo aspetto adolescenziale viene scelto nel 1985 da Steven Spielberg per recitare in Ritorno al futuro, film campione d'incassi, diretto da Robert Zemeckis. Lo stesso anno esce Voglia di vincere, un riuscito teen-movie che lo conferma come attore comico brillante; negli anni seguenti due sequel di Ritorno al futuro creano una triologia che tutt'oggi, a distanza di vent'anni, ha un grandissimo seguito di fan. Michael vuole uscire dal ruolo dell'eterno teenager e rinnovare la sua immagine di attore, ma i film Il segreto del mio successo, Le mille luci di New York (tratto dall'omonimo romanzo di Jay McInerney) e Vittime di guerra, non riscuotono molto successo.
Nel 1991, durante le riprese del film Doc Hollywood - Dottore in carriera gli viene diagnosticato il morbo di Parkinson; l'attore decide di tenere nascosta la sua condizione fino al 1998 quando dichiara la sua malattia in un'intervista alla rivista People.
La carriera va avanti tra alti e bassi: una piccola parte nel film Blue in the Face e in Mars Attacks di Tim Burton, interpreta l'investigatore Frank Bannister in Sospesi nel tempo di Peter Jackson. Dal 1996 è tra i protagonisti di "Spin City", ma nonostante il successo della serie tv, nel 2000, a causa dell'avanzare della sua malattia, abbandona questo lavoro e si ritira dagli schermi per passare più tempo con la sua famiglia. L'ultima apparizione sul grande schermo è nel film del 2002 Interstate 60 dove recita a fianco del suo vecchio compagno di avventure nel tempo Christopher "Doc" Lloyd. Ha prestato - per il pubblico americano e di lingua inglese - la voce al topolino Stuart Little. Nel 2002 ha scritto l'autobiografia Lucky Man nella quale parla della sua malattia, e con la "Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Disease Research" si batte per la lotta contro il morbo di Parkinson.