Nato a New Brunswick - nel New Jersey - nel 1944, figlio dell’attrice inglese Diana Dill (1923-2015) e del grande Kirk Douglas (classe 1916; Out of The Past di Jacques Tourneur, Le vie della città di Byron Haskin, Il grande campione di Mark Robson, L’asso nella manica di Billy Wilder, Detective Story di William Wyler, Sabbie rosse di Raoul Walsh, Il bruto e la bella e Brama di vivere di Vincente Minnelli, Il grande cielo di Howard Hawks, Man Without a Star di King Vidor, Orizzonti di gloria e Spartacus di Stanley Kubrick, Sfida all’OK Corrall e Il giorno della vendetta di John Sturges, L’occhio caldo del cielo di Robert Aldrich, Solo sotto le stelle di David Miller, Sette giorni a maggio di John Frankenheimer, Gli eroi di Telemark di Anthony Mann, Prima vittoria di Otto Preminger, Carovana di fuoco di Henry Hathaway, Uomini e cobra di Joseph L. Mankiewicz, Quattro tocchi di campana di Lamont Johnson), si laurea in Drammaturgia alla University of California (Santa Barbara) nel 1968 e si trasferisce  a New York per studiare recitazione presso l’America Palace Theatre.

Il suo esordio cinematografico come protagonista è in Heil! Hero di David Miller (1969), seguito dal disneyano Due ragazzi e un leone (1972) di Bernard McEveety, con Jodie Foster (al suo esordio cinematografico) e Johnny Whitehaker.

Nel frattempo ottiene piccole parti in alcune serie tv (CBS Playhouse - 1969 -, F.B.I. - 1971 -, Medical Center -1971) fino ad ottenere un grande successo con il telefilm poliziesco Le strade di San Francisco (1972-77) di cui è protagonista (insieme a Karl Malden) per oltre novanta episodi, dal ’72 al ’76 (nell’ultima stagione viene sostituito da Richard Hatch), che lascia per tornare al cinema.

In quegli anni, anche consigliato dal padre, comincia ad impegnarsi anche nella produzione e fonda la Big Strick Productions esordendo con il celebre Qualcuno volò sul nido del cuculo (1975) di Milos Forman, vincitore di cinque Premi Oscar (fra cui quello a Jack Nicholson come Miglior Attore Protagonista).

Pochi anni dopo produce (e interpreta) Coma profondo (1978) di Michael Crichton, con Richard Widmark e Tom Selleck, e Sindrome cinese (1979) di James Bridges, con Jane Fonda e Jack Lemmon, e considerato quasi all’unanimità (insieme a Quarto potere di Orson Welles, al già citato L’asso nella manica di Billy Wilder, L’ultima minaccia di Richard Brooks, Un volto nella folla di Elia Kazan, Prima pagina di B. Wilder, Quinto potere di Sidney Lumet, Tutti gli uomini del Presidente di Alan J. Pakula, Diritto di cronaca di Sydney Pollack e Sotto tiro di Roger Spottiswoode) come uno fra i migliori film americani sul giornalismo mai realizzati.

Nel 1980 la sua carriera subisce uno stop a causa di un grave infortunio sugli sci che lo costringe ad una lunga riabilitazione. Quattro anni dopo, con All’inseguimento della pietra verde (1984) di Robert Zemeckis, con Kathleen Turner e Danny De Vito, in un ruolo brillante ed ironico, vince un Golden Globe ed ottiene un grande consenso - sia di pubblico sia di critica - che si ripete l’anno seguente con il sequel Il gioiello del Nilo (1985) di Lewis Teague,con gli stessi interpreti e da lui prodotto.  

Dà prova di grande talento e versatilità interpretando ruoli molto differenti fra loro: dal personaggio in preda a coinvolgenti passioni  e angosciato di Attrazione fatale (1987) di Adrian Line, con  Glenn Close,  a Basic Instinct (1992) di Paul Verhoeven, con Sharon Stone, o Disclosure (1994) di Barry Levinson, passando per il cinico e spregiudicato Gordon Gekko di Wall Street (1987) di Oliver Stone, con cui vince l’Oscar come Miglior Attore Protagonista, il Golden Globe ed il Nastro d’Argento come Miglior Attore Straniero; dal tenace poliziotto di Pioggia sporca (1989) di Ridley Scott al litigioso marito di Kathleen Turner in La guerra dei Roses (1989) di Danny De Vito; dalla recitazione sopra le righe dell’uomo impazzito di Un giorno di ordinaria follia (1993) di Joel Schumacher, con un superlativo Robert Duvall, al freddo e diabolico marito di Delitto perfetto (1998) di Andrew Davis, modesto remake del celebre Il delitto perfetto (1954) di Alfred Hitchcock.

Fra gli altri film ricordiamo Chorus Line (1985) di Richard Attenborough, Vite sospese (1992) di David Seltzer, con Melanie Griffith e Liam Neeson, e che si svolge nella Germania nazista, la commedia The American President (1995) di Rob Reiner, con Annette Bening e Martin Sheen, Vizio di famiglia (2003) di Fred Schepisi, che riunisce tre generazioni della famiglia Douglas (lui stesso, il padre Kirk, la madre Diana Dill ed il figlio Cameron), Un alibi perfetto (2009) di Peter Hyams, Knockout (2011) di Steve Soderbergh.

In epoche più recenti è apparso in Mai così vicini (2014) di Rob Reiner, Codice Unlocked (2017) di Michael Apted e Avengers: Endgame (2019).

Fra le pellicole da lui prodotte ricordiamo anche Linea mortale (1990) di Joel Schumacher, Spiriti nelle tenebre (1996) di Stephen Hopkins, L’uomo della pioggia (1997) di Francis Ford Coppola, tratto dal libro omonimo di John Grisham ed interpretato da Matt Damon, Jon Voight e Teresa Wright, Un corpo da reato (2001) di Harald Zwart, The  Sentinel (2006) di Clark Johnson, Wall Street - Il denaro non dorme mai (2010) di Oliver Stone, sequel del già citato Wall Street e interpretato dallo stesso M. Douglas e da Susan Sarandon, Flatliners - Linea mortale (2017) di Niels Arden Opley,  We Have Always Lived in the Castle, (2018) di Stacie Passon.