Родился 19 октября 1929 г. в Ростове-на-Дону. Отец, Петр Васильевич Симонов, погиб в 1942 г. в ходе Сталинградской битвы Великой Отечественной войны.
В 1954 г. Михаил Симонов окончил самолетостроительный факультет Казанского авиационного института (КАИ, ныне - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ, КНИТУ-КАИ). Заведовал в КАИ лабораторией, работал ассистентом кафедры конструкций и проектирования самолетов.
Доктор технических наук (1998). Был профессором Московского авиационного института.
В 1956 г. Михаил Симонов предложил образовать конструкторское бюро на базе кружка по созданию планеров при КАИ. В КБ под его руководством были созданы цельнометаллический планер первоначального обучения КАИ-11 (1956, за него студенты получили медали Минвуза СССР "За лучшую студенческую работу"), учебный двухместный планер КАИ-12 "Приморец" (1957), спортивные планеры КАИ-14 (1958), КАИ-19 (1958) и учебный планер КАИ-17 (1958). В 1959 г. на базе студенческого КБ было создано Опытно-конструкторское бюро спортивной авиации, где Михаил Симонов вплоть до 1969 г. занимал пост заместителя главного конструктора. В 1963 г. организовал и возглавил в Казани общественный авиационно-спортивный клуб.
В 1969 г. был переведен в Подмосковье, назначен на пост первого заместителя главного конструктора Долгопрудненского конструкторского бюро автоматики, а в 1970 г. стал первым заместителем главного конструктора Таганрогского машиностроительного завода (ныне - ТАНТК им. Г. М. Бериева) Роберта Бартини, работал на площадке Ухтомского филиала этого завода в Московской обл.
В 1970-1979 гг. Михаил Симонов последовательно занимал посты главного конструктора и заместителя генерального конструктора на Московском машиностроительном заводе "Кулон" (конструкторское бюро Павла Сухого; после смерти генконструктора в 1975 г. предприятие носило название Машиностроительный завод им. П. О. Сухого, ныне - ПАО "Сухой" в составе "Объединенной авиастроительной корпорации"). Руководил летными испытаниями и доводкой фронтового бомбардировщика Су-24 (первый полет машина с перепроектированным крылом совершила в 1970 г.), штурмовика Су-25 (1975), был главным конструктором многоцелевого фронтового истребителя четвертого поколения Су-27 (прототип Т-10-1, впервые поднялся в воздух в 1977 г.).
В 1979-1983 гг. занимал пост заместителя министра авиационной промышленности СССР (при министрах Василии Казакове и Иване Силаеве).
В 1983 г. Михаил Симонов был назначен на должность генерального конструктора Машиностроительного завода им. П. О. Сухого. Руководил созданием семейства самолетов Су-27: корабельного истребителя Су-33 (1987), многоцелевого истребителя Су-30 (1989) и фронтового бомбардировщика Су-34 (1990). Кроме того, курировал разработку и постройку спортивно-пилотажного самолета Су-26 (1984) и его модификаций Су-26М (1986), Су-29 (1991), Су-31 (1992), а также Су-49 и экспериментального самолета с обратной стреловидностью крыла Су-47 "Беркут" (1997) и др. Создал при конструкторском бюро аэроклуб.
В 1993-1999 гг. одновременно занимал пост генерального директора ОКБ Сухого, в 1999-2011 гг. входил в совет директоров предприятия.
Скончался в Москве 4 марта 2011 г. на 82-м году жизни от тяжелой болезни. Похоронен на Новодевичьем кладбище столицы.
Избирался народным депутатом СССР (1989-1991). В 1990-х гг. входил в Совет по промышленной политике и предпринимательству при правительстве РФ.
Указом президента РФ от 25 сентября 1999 г. Михаил Симонов был удостоен звания Героя Российской Федерации ("за мужество и героизм, проявленные при создании и испытании современной авиационной техники, и большой личный вклад в укрепление обороноспособности страны"). Лауреат Ленинской премии (1976), Государственных премий РФ (1996, "за дизайнерскую и эргономическую разработку семейства самолетов Су-27"; 2002, "за дизайнерскую и эргономическую разработку модельного ряда спортивных самолетов Су-26, Су-29, Су-31 и их модификаций"). Был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалями, включая золотую медаль им. В. Г. Шухова Российского союза научных и инженерных общественных объединений (1995).
Был почетным профессором (1997) КНИТУ-КАИ, в университете учреждена стипендия им. М. П. Симонова.
Был женат на Капитолине Федоровне Симоновой (урожденная Тесакова). Дочь - Наталья Николова (род. 1953). Сын - Петр Симонов (род. 1967).