Родился 2 апреля 1966 г. в Москве.
В 1988 г. окончил Московский финансовый институт (ныне Финансовый университет при правительстве РФ) по специальности "финансы и кредит".
Кандидат экономических наук. В 1998 г. в Российской экономической академии им. Г. В. Плеханова (ныне Российский экономический университет им. Г. В. Плеханова) защитил диссертацию на тему "Ценовая адаптация российских компаний в рыночных условиях (на примере рынка легковых автомобилей)".
В 1988-1990 гг. работал в центральном аппарате Сберегательного банка СССР.
В 1990-1999 гг. был главным бухгалтером, финансовым директором в автодилерской компании "Внешнеэкономическое акционерное общество "Автоимпорт".
В 2000 г. был назначен главным бухгалтером авиакомпании "Аэрофлот". В 2003-2009 гг. являлся заместителем генерального директора "Аэрофлота" Валерия Окулова.
В 2009 г. перешел на работу во Внешнеэкономбанк (ныне "ВЭБ.РФ"). Первоначально занимал пост директора департамента инфраструктуры, в 2011 г. стал заместителем председателя ВЭБ Владимира Дмитриева. В 2012 г. вошел в состав правления ВЭБ, в октябре того же года занял пост первого заместителя председателя госкорпорации. Оставался на этом посту при следующих руководителях ВЭБ - Сергее Горькове и Игоре Шувалове.
Входил в советы директоров ряда компаний, включая "Аэрофлот" (с 2017 г., председатель совета в 2017-2018 гг.), "Русгидро" (возглавлял совет в 2013-2015 гг.) и "Зарубежнефть" (2013-2016).
С 23 марта по 19 ноября 2020 г. Михаил Полубояринов был генеральным директором ПАО "Государственная транспортная лизинговая компания" (ГТЛК). На посту главы ГТЛК его сменил бывший министр транспорта РФ Евгений Дитрих.
20 ноября 2020 г. Михаил Полубояринов был избран генеральным директором - председателем правления "Аэрофлота", также вновь вошел в состав совета директоров "Аэрофлота" и возглавил совет директоров дочерней авиакомпании "Победа".
23 марта 2022 г. было объявлено, что Михаил Полубояринов покинул пост в "Аэрофлоте". Отставка была утверждена советом директоров компании 8 апреля. Его сменил Сергей Александровский.
Заслуженный экономист России (2009).
Награжден орденом Почета (2014).