Родился 13 ноября 1818 г. (1 по старому стилю) в Москве (по другим сведениям – 18 ноября 1817 г.). Происходил из семьи мелкого чиновника, получившего личное дворянство.
В 1838 г. с отличием окончил словесное отделение Московского императорского университета. В 1840-1841-х гг. слушал лекции по логике, истории литературы, философии в Берлинском университете, был учеником философа Фридриха Шеллинга.
В 1845 г. в Московском университете защитил магистерскую диссертацию на тему "Об элементарных формах славяно-русского языка".
В 1837-1839 гг. вместе с Виссарионом Белинским, Константином Аксаковым, Михаилом Бакуниным был членом литературно-философского кружка Николая Станкевича. Позднее сблизился с московскими славянофилами, в частности с Алексеем Хомяковым.
В конце 1830-х гг. опубликовал переводы из Генриха Гейне, Фенимора Купера, Уильяма Шекспира, печатался в литературных журналах "Московский наблюдатель" (1838-1839) и "Отечественные записки" (1839-1840).
В 1845-1850 гг. преподавал в Московском университете, был адъюнктом по кафедре философии. В 1850 г. занимал должность чиновника для особых поручений при Министерстве народного просвещения.
В 1851-1855 гг. являлся главным редактором газеты "Московские ведомости" Московского университета. В 1863 г. совместно с Павлом Леонтьевым арендовал издание и вновь возглавил его в качестве главного редактора (до 1887 г.). Значительно увеличил тираж газеты, сделав ее одним из наиболее популярных общественно-политических изданий сначала либерального, а с 1860-х гг. – консервативного направления.
В 1856 г. основал и возглавил литературно-публицистический журнал "Русский вестник", занимал пост его редактора-издателя до своей смерти в 1887 г. В издании впервые были опубликованы важнейшие произведения многих русских писателей – Федора Достоевского ("Преступление и наказание", "Бесы", "Братья Карамазовы"), Льва Толстого ("Казаки", Война и мир", "Анна Каренина"), Ивана Тургенева ("Отцы и дети", "Дым") и др.
Помимо литературных произведений значительное место в "Русском вестники" занимала политическая публицистика. Начиная с 1860-х гг. Михаил Катков был одним из наиболее авторитетных авторов в русской политической журналистике. Статьи Каткова оказывали значительное влияние на внутреннюю и внешнюю политику Российской империи. К его мнению прислушивались императоры Александр II и Александр III. По словам главного российского цензора Евгения Феоктистова, случай Каткова – это "первый пример в России, чтобы человек без связей и покровительства, единственно силой своего таланта и горячего убеждения, приобрел неслыханную диктатуру над умами... Правительство боялось его и вместе с тем заискивало в нем".
В 1850-1860-х гг. Михаил Катков занимал либерально-консервативные позиции, выступая в поддержку эволюционных преобразований в России при сохранении сильной роли государства. Близкой к идеалу ему представлялась британская политическая система. На страницах "Русского вестника" Катков активно полемизировал с представителями революционного движения, в частности с главным редактором "Колокола" Александром Герценом.
В 1863-1864 гг. во время вооруженного выступления польской шляхты в западных губерниях России позиция Каткова оказала серьезное влияние на политику правительства. Издатель "Русского вестника" резко осудил действия петербургской бюрократии, делавшей ставку на достижение компромисса с польским дворянством. В своих статьях Катков поддержал политику виленского генерал-губернатора Михаила Муравьева, который опирался в борьбе с мятежом на православное духовенство и крестьянство, сокращал сословные привилегии польской шляхты. Позиция Каткова, а также других ведущих общественных деятелей (Ивана Аксакова, Василия Боткина и др.) вынудила власти в кратчайшие сроки подавить мятеж, сократить польские привилегии, даровать землю крестьянам в западных губерниях, перевести образование и делопроизводство на русский язык и др.
Издание газеты "Московские ведомости" несколько раз приостанавливалось цензурой в связи с резкой критикой Катковым придворной группировки во главе с наместником Царства Польского великим князем Константином Павловичем, которая покровительствовала полякам.
С начала 1860-х гг. Михаил Катков выступал за необходимость развития в России классического среднего образования по прусскому образцу, т. е. с акцентом на преподавании латинского и древнегреческого языков, математики. В 1867 г. для демонстрации преимуществ классической системы Катков совместно с Павлом Леонтьевым основал Катковский лицей (открыт в 1868 г., в 1872 г. стал государственным). Позднее в 1879–1887 гг. был его директором. В 1871 г. под влиянием Каткова в России в классическом духе была реформирована вся система гимназий.
Во внешнеполитических вопросах Михаил Катков выступал за прагматичную политику, считая, что у России не может быть постоянных союзников и противников.
В 1870-1880-х гг. Михаил Катков перешел на консервативно-охранительные позиции, сблизившись с сенатором Константином Победоносцевым. Выступал за государственный контроль над судебной системой, университетами, отмену судов присяжных, ограничение прав земств. В сфере экономики заявлял о необходимости протекционистской политики, расширении государственного вмешательства в экономику.
Скончался 1 августа (20 июля) 1887 г. в имении в селе Знаменское Подольского уезда Московской губернии. Был похоронен на кладбище Алексеевского монастыря в Москве (в 1930-е гг. кладбище уничтожено советскими властями).
Потомственный дворянин (1863).
Имел чин тайного советника (1882).
Был награжден орденами Святой Анны I степени (1883) и Святого Владимира II степени (1886).
Собрание передовых статей Михаила Каткова в "Московских ведомостях" издано его вдовой в 25 томах в 1897-1898 гг. Собрание сочинений публициста в шести томах издано в 2010-2012 гг.
Михаил Катков с 1851 г. был женат на княжне Софье Шаликовой (1832-1913). Имел девять детей: трое сыновей и шесть дочерей.