Après avoir essuyé plusieurs échecs, Michael Bay arrive à entrer dans une école de cinéma, à Pasadena. Son diplôme en poche, il commence à travailler dans la publicité et dans la réalisation de clips vidéo (pour Meat Loaf, Lionel Richie et Tina Turner entre autres). En 1995; il est récompensé par la Director Guild of America pour son travail dans la publicité. 1995 est aussi l'année de son premier long métrage, Bad Boys, avec Will Smith et Martin Lawrence dans les premiers rôles, film qui sera produit par Jerry Bruckheimer. Le film connaît un énorme succès. Son film suivant, Rock, toujours produit par Bruckheimer, sort l'année suivante, en 1996, avec cette fois-ci Sean Connery, Nicolas Cage et Ed Harris. Le film fait là encore un carton.
Son troisième film, Armageddon, dépassera les 500 millions de $ de recettes. Les vedettes sont ce coup-ci Bruce Willis, Billy Bob Thornton et Ben Affleck.
Malgré son succès, Armageddon est durement critiqué. Michael Bay décide alors de réaliser un film historique, afin de montrer qu'il est capable de faire autre chose que des gros films d'actions. Ce sera Pearl Harbor, avec Ben Affleck, Josh Hartnett et Kate Beckinsale. L'effort du cinéaste est loin d'être salué puisque les critiques se déchainent contre son film.
Michael Bay revient alors à ses premiers amours, et retrouve Will Smith et Martin Lawrence pour Bad Boys II. Le réalisateur renoue alors avec le succès.
En 2005, il sort The Island avec Ewan McGregor et Scarlett Johansson. Premier film tourné sans son producteur Jerry Bruckheimer, The Island est un échec au box-office, en particulier aux Etats-Unis.
En 2007 Michael Bay s'associe avec Steven Spielberg (ce dernier en tant que producteur) pour Transformers. Le film rapporte plus de 700 millions de $ de recettes, et entraîne logiquement une suite, toujours produite par Spielberg: Transformers 2: la revanche. La suite ferra mieux que le premier film, avec 830 millions de $ de revenus.
A partir de 2003, Michael Bay se lance dans la production, essentiellement de films d'horreur, comme Massacre à la tronçonneuse, Amityville, Massacre à la tronçonneuse : Le Commencement, Hitcher, Unborn, Vendredi 13... La grande majorité des films produits par Michael Bay sont des remakes de classiques du genre.
 
Aujourd'hui bien installé, Michael Bay fait partie des réalisateurs les plus rentables du cinéma hollywoodien actuellement en activité, et ce malgré le coût souvent très élevé de ses films.