Родился 14 апреля 1960 г. в гор. Железноводске (Ставропольский край) в семье офицера железнодорожных войск.
В 1981 г. с отличием окончил ленинградское Высшее училище железнодорожных войск и военных сообщений им. М. В. Фрунзе (ныне - Военный институт железнодорожных войск и военных сообщений в составе Военной академии материально-технического обеспечения, ВАМТО, г. Санкт-Петербург) по специальности "инженер по эксплуатации воздушного транспорта". Затем, в 1992 г., окончил Военную академию тыла и транспорта (ныне - ВАМТО) по специальности "Эксплуатация воздушного транспорта".
В 1981-1983 гг., во ходе операции Вооруженных сил СССР в Афганистане Михаил Василенко служил военным комендантом аэропорта г. Кабула. В 1983-1989 гг. занимал должность военного коменданта аэропорта г. Ташкента (Узбекская ССР, ныне - Узбекистан).
В 1992-1998 гг. был начальником военных сообщений на воздушных трассах Приволжского управления гражданской авиации (в республиках Коми, Татарстан и Башкортостан).
В 1998 г. вышел в отставку из ВС РФ в звании полковника.
В 1998-2000 гг. работал заместителем директора по корпоративным вопросам международного аэропорта Самары (Курумоч).
В 2000-2003 гг. занимал пост вице-президента группы компаний "Авиация Самары".
В 2003-2004 гг. являлся директором по развитию бизнеса и совладельцем логистической компании ООО "Франс-Маас-Самара".
В 2004 г. занял должность заместителя генерального директора по коммерческим вопросам АО "Международный аэропорт Шереметьево" (МАШ), управляющего одноименным подмосковным аэропортом. С 12 мая 2005 г. занимает пост гендиректора этой компании. С 2006 г. - член совета директоров и правления МАШ. Под руководством Михаила Василенко была осуществлена масштабная реконструкция аэропорта, построены новые терминалы D (2009), E (2010), B (2018) и C (2020), третья взлетно-посадочная полоса, организовано железнодорожное сообщение с центром Москвы. Число пассажиров аэропорта увеличилось с 12,2 млн в 2005 г. до 49,9 млн в 2019 г., при этом Шереметьево твердо занял первое место по пассажиропотоку, опередив другой аэропорт московского авиаузла - Домодедово.
Михаил Василенко награжден орденами Почета (2010) и Дружбы (2019).
Женат, двое детей.