Nato a Chicago - in Illinois - nel 1943, negli anni Sessanta si trasferisce in Inghilterra per frequentare la London’s International Film School di Londra.

Rientrato negli Stati Uniti, dirige alcuni documentari e cortometraggi a sfondo sociale.

Dopo aver scritto la sceneggiatura di alcuni episodi di telefilm polizieschi (fra cui Starsky & Hutch e Pepper Anderson Agente Speciale) ed aver diretto il film tv Jericho Mile (La corsa di Jericho, 1979), conosciuto in Italia anche con il titolo Oltre il muro, esordisce alla regia cinematografica con Strade violente (1981), cui segue il grande successo di Miami Vice (1984-89), telefilm che, in un certo qual modo, diventerà una sorta di manifesto estetico degli anni Ottanta.

Il suo stile fiammeggiante e barocco, curato sotto il profilo estetico e preciso nella definizione degli spazi - sia fisici sia emozionali - di quanto viene messo in scena si mostra nella sua complessità con Manhuter - Frammenti di un omicidio (1986), tratto da un libro di Thomas Harris.

L’ultimo dei Mohicani (1992) e Heat - La sfida (1995) confermano il suo talento e la sua versatilità.

Insider - Dietro la verità (1998), al di là della facciata da thriller di denuncia, nasconde quell’anima dolente e solitaria del suo cinema, pieno di “eroi” stanchi e di immagini che disorientano lo spettatore.

Dopo Alì (2002), sentito film biografico sul grande campione dei pesi massimi Cassius Clay/Muhammad Alì, nonché ritratto di un eroe caparbio e solo contro tutti, realizza l’eccellente Collateral (2004), da molti considerato il suo capolavoro, secco e dolente thriller che si svolge a Los Angeles nel corso di una notte e, nello stesso tempo, sobria riflessione sull’amicizia, sul tradimento e sui fantasmi dell’identità.

Argomenti riproposti sottoforma di cupo e forsennato action movie in Miami Vice (2006), versione cinematografica - con un occhio al nuovo mondo globalizzato - dell’omonimo e già citato telefilm degli anni Ottanta.

Fra gli altri film diretti da Michael Mann ricordiamo La fortezza (1983), tratto da un libro di Francis Paul Wilson, Nemico pubblico (2009) e Blackhat (2015).