Michael Caine werd als zoon van een schoonmaakster en een vismarkt-arbeider geboren in Zuid-Londen op 14 maart 1933, de periode van de depressie. De familie Caine was arm en leefde in een appartement in Camberwell zonder elektriciteit met slechts twee kamers. Tijdens de tweede wereldoorlog verhuisde hij samen met zijn moeder en zijn broer Stanley naar een boerderij in Norfolk. Na de oorlog trok de familie Caine in in een appartement in East End, in Londen. Zijn eerste stappen op de arbeidsmarkt deed hij als speciemenger en bouwvakker, maar hij werkte ook een tijdje op de vleesmarkt. In zijn jeugdjaren werkte hij al aan toneelvoorstellingen voor school en regisseerde zelf al bepaalde stukken in een plaatselijke jeugdclub. Caine wilde immers helemaal niet voldoen aan de verwachtingen van zijn familie om later ook in de visindustrie te gaan werken. Hij verliet door zijn rebelse attitude de school op slechts 16-jarige leeftijd, sloot zich aan bij het Britse leger en werd door de Royal Fusiliers zelfs een tijd naar Duitsland en Korea gestuurd.

Caines carrière ging pas echt van start nadat hij reageerde op een advertentie in The Stage. Hierna sloot hij zich aan bij de Horsham Repertory Company in Sussex als assistent-toneeldirecteur. Op film- of acteervlak sloot hij zich aan bij een repertoire-gezelschap en toen men een Londens accent nodig had, kreeg hij op slag het rolletje in kwestie toebedeeld. Zo was hij actief bij de theatre workshop van Joan Littlewood, waarmee hij vijf jaar lang rondtrok en links en rechts ook wat televisiewerk deed. Op een gegeven ogenblik werd hij ook als reserve aangeduid voor de rol van Peter O'Toole als soldaat Bamforth in het Londense stuk The Long, the Short and the Tall. Toen O'Toole uitviel, nam hij de rol over en trok zes maand lang rond, waardoor zijn populariteit enkel maar steeg en verzilverd werd met tv- en filmrollen. Het is ook in deze beginperiode dat Michael Caine werkte aan het Lowestoft Repertory Theater in Suffolk, trouwde met en scheidde al na twee jaar van de inmiddels overleden Patricia Haines die hij daar had leren kennen. Uit dit huwelijk werd één kind geboren - Dominique, bekend als Nikki - waar Caine nog steeds een heel nauwe band mee heeft.

Zijn eerste echt grote rol op filmvlak had hij in 1963 met de Joseph E. Levine productie Zulu, waar hij de rol vertolkte van de Engelse legerofficier Luitenant Gonville Bromhead die in de film eigenlijk een echte rotzak is. Officieel was het een bijrol maar Caine vertolkte die als een man die eigenlijk zwak was maar van zichzelf dacht dat hij sterk was waardoor het een heuse hoofdrol werd, niet voor niets zegden en schreven de critici dat hij er de show mee stal.
De acteur had inmiddels zijn naam veranderd in Michael Caine (zijn echte naam is Maurice Joseph Micklewhite), de combinatie van zijn bijnaam en één woord uit The Caine Mutiny.  Verder was hij te zien als antiheld en geheim agent Harry Palmer in een drietal films, gebaseerd op de boeken van Len Deighton (de spionagethriller The Ipcress File (zijn eerste van meer dan dertig BAFTA-nominaties!), Funeral in Berlin en Billion Dollar Brain), gevolgd door hoofdrollen in zowel Engelse als Amerikaanse films.
Eind de jaren '60 was Michael Caine al te zien geweest in meer dan 100 tv-shows. Hij heeft ook een tijdje op een flat gewoond, samen met acteur Terence Stamp en componist John Barry.

Velen zien Michael Caine als het prototype bij uitstek die als held fungeert in het arbeidersmilieu. Hij wordt gekenmerkt door zijn charmante voorkomen en uitstraling. Voor zijn rol in Hannah and her Sisters van Woody Allen kreeg hij de Oscar voor de beste bijrol.

In 1986 keerde Caine na een afwezigheid van twintig jaar terug naar het werk voor televisie en was hij te zien in de vier uur durende miniserie Jack the Ripper, één van de meest succesvolle TV-drama's ooit in Engeland vertoond. Hij werd voor de rol genomineerd voor een Golden Globe.

Met zijn vaste partner, producent Martin Bregman richtte hij M & M Productions op, waardoor hij de kans kreeg om in Engelse films een rol te vertolken of die zelfs te regisseren. De eerste film die men op de markt bracht was het door Russell Mulcahy geregisseerde Blue Ice met Sean Young.
In november 1992 verscheen bij Turtle Bay Books nog de autobiografie What's It All About? van de acteur, geschreven door hemzelf. Het was overigens niet het enige boek dat Caine schreef tot hiertoe, hij is ook de schrijver van Acting on Film, gebaseerd op de reeks lezingen die hij gaf op de BBC televisie waar overigens ook een videotape werd van uitgebracht.
Het was ook al in 1992 dat Caine tijdens de feestelijkheden voor de verjaardag van de Queen de titel Commander in Chief of the Order of the British Empire, soms ook afgekort als CBE, kreeg.
In 2010 werd The Elephant to Hollywood, een nieuwe verzameling van Caines memoires, uitgebracht.

Na lang wachten kreeg Michael Caine in 2000 zijn tweede Oscar voor zijn rol in The Cider House Rules. In datzelfde jaar werd hij overigens door koningin Elizabeth II tot ridder geslagen, waardoor hij vanaf dan aangesproken werd als Sir Michael Caine...

Tot hiertoe was Michael Caine al in meer dan 100 films en meer dan 100 tv-drama's te zien. De twee Oscars zijn weliswaar de meest prestigieuze filmprijzen, maar de prijzenkast van Caine is goed gevuld. We vermelden hier de belangrijkste maar het lijstje is niet volledig, eigenlijk te lang om ze hier allemaal te vermelden. Zo kreeg hij de New York Critics Best Actor prijs voor Alfie (door Britse filmcritici verkozen tot Beste film van het jaar), een Golden Globe en een British Academy Award voor Educating Rita, twee Golden Globes voor Dirty Rotten Scoundrels en Little Voice, terwijl hij ook nog zes keer een Academy Award'nominatie kreeg voor zijn rollen in Alfie, Sleuth, Hannah and Her Sisters, Educating Rita, The Cider House Rules en The Quiet American.
Michael Caine gaf ooit aan dat hij zijn filmrollen koos op basis van de locatie waar ze werden gedraaid én het bedrag dat hij er voor werd betaald. Je kan niet zeggen dat hij niet eerlijk is/was natuurlijk.

Children of Men is nog een film waarin Michael  te zien was en U kent allicht ook het drama The Prestige (London Film Critics Circle Award) van Christopher Nolan. In 2009 was Caine nog te zien in de topper Inception met onder meer Leonardo DiCaprio.

Michael Caine was een tijd medeëigenaar van verschillende horeca-zaken in Londen: Langan's Brasserie, Langan's Bistro en Odin's maar ook The Canteen in Cheslea. Hij waagde zich zelfs aan het openen van een tropische brasserie in South Beach Miami in Florida.

Michael Caine huwde in 1973 met de in Guyana geboren Shakira Baksh, een gewezen eredame op de Miss Universe verkiezing van 8 januari 1973, die aan zijn zijde te zien was in The Man Who Would Be King (1975). Samen hebben ze twee dochters: Natasha en Nikki.