Родился 28 мая 1877 г. в Киеве. Его отец - юрист, коллежский советник Александр Кириенко-Волошин (1838-1881), происходил из рода запорожских казаков, мать - Елена Оттобальдовна Глазер (1850-1923) - из рода обрусевших немцев. Раннее детство Максимилиана Волошина прошло в Таганроге, где служил его отец. После смерти Александра Кириенко-Волошина в 1881 г. мать увезла сына в Москву.

В 1887 г. Максимилиан Волошин поступил в частную гимназию Л. И. Поливанова, в 1888 г. перевелся в Первую Московскую мужскую гимназию.
В 1893 г. вместе с матерью переехал в Крым, в Коктебель. Учился в Феодосийской гимназии, попечителем которой был художник Иван Айвазовский. В годы учебы участвовал в гимназических постановках, писал стихи, занимался рисованием.
В 1987 г. поступил на юридический факультет Московского университета. Активно участвовал в студенческом движении. В феврале 1899 г. во время Всероссийской студенческой забастовки его отчислили из университета и выслали в Феодосию как "неблагонадежного". Спустя год он был восстановлен в учебе, но вскоре вновь выслан из Москвы.
Максимилиан Волошин решил оставить университет и уехал в Европу. Путешествовал по Италии, Франции, Швейцарии, Германии, Греции и др. В Париже слушал лекции в Сорбонне, брал уроки у художницы Елизаветы Кругликовой. Во Франции познакомился со своей будущей первой супругой Маргаритой Сабашниковой (брак продлился с 1906 по 1907 г.). Тесно общался с литераторами Гийомом Аполлинером, Анатолем Франсом, Роменом Ролланом, художниками Анри Матиссом, Пабло Пикассо, Амедео Модильяни и др.
В 1900 г. в "Русской мысли" опубликовал первую критическую статью, посвященную переводам Константина Бальмонта. Впоследствии печатался в журналах "Новый путь", "Весы", "Золотое руно", "Аполлон" и др. Был близок с символистами, акмеистами, кубистами. В 1905 г. в Париже стал членом масонской ложи.
В 1908 г. в Коктебеле было закончено строительство дома Максимилиана Волошина ("Дом поэта"). В разные годы сюда приезжали Осип Мандельштам, Валерий Брюсов, Николай Гумилев, Марина Цветаева, Андрей Белый, Михаил Булгаков, Алексей Толстой, Владислав Ходасевич, Корней Чуковский, Максим Горький и многие другие.
22 ноября 1909 г. на Черной речке в Санкт-Петербурге произошла дуэль между Волошиным и Гумилевым из-за поэтессы Елизаветы Дмитриевой (благодаря Волошину известна как Черубина де Габриак). Дуэлянты не пострадали.
Свои первые стихи поэт опубликовал в 1903 г. С того же года начал публиковаться в русской и зарубежной прессе. В 1910 г. выпустил первый сборник "Стихотворения. 1900-1910", работал над циклом "Киммерийские сумерки". В 1914 г. вышла книга его статей о культуре "Лики творчества", в 1915 г. - антивоенный поэтический сборник "Anno mundi ardentis 1915" ("В год пылающего мира 1915"). Работал над статьями о русской и французской литературе, театре, изобразительном искусстве и др. Одновременно Волошин занимался живописью, его акварельные крымские пейзажи экспонировались на выставках объединения "Мир искусства". Будучи поклонником японской живописи, которая традиционно сопровождалась каллиграфией с поэтическими аллегорями или описаниями, свои акварели художник подписывал строками своих же стихов.
В 1910-х гг. увлекался идеями антропософии (религиозно-мистическое учение, "наука о духе"), участвовал в создании культурного центра антропософского общества, основанного Рудольфом Штейнером в Швейцарии.
Поэт жил попеременно в России и Европе, преимущественно во Франции. В 1917 г. он окончательно поселился в Коктебеле.
Максимилиан Волошин не принял ни революцию, ни Гражданскую войну, считая, что Россия вступила на кровавый путь, который приведет ее к новым Смутным временам. При этом он отказался от предложения эмигрировать, оставшись на родине. Выступая против любого насилия, в своем доме в Крыму поэт предоставлял убежище тем, кто в нем нуждался, вне зависимости от их политических взглядов.
В 1920 г. он был назначен заведующим по охране памятников искусства и науки в Феодосийском уезде. Спустя год получил разрешение на создание Коктебельской художественно-научной экспериментальной студии и охранную грамоту на "Дом поэта" в Коктебеле. Читал курс в Народном университете, выступал с лекциями в Симферополе и Севастополе, преподавал на Высших командных курсах, участвовал в организации Феодосийских художественных мастерских.
В 1921 г. Волошин был принят во Всероссийский союз поэтов.
В 1924 г. основал в своем доме в Крыму бесплатный Дом творчества (впоследствии - Дом творчества Литфонда СССР, ныне Дом-музей М. А. Волошина ).
В 1927 г. женился на Марии Степановне Заболоцкой (1887-1976). В том же году состоялась выставка пейзажей Максимилиана Волошина, организованная Государственной Академией художественных наук.
В Советской России вышли книги поэта "Иверни" (1918) и "Демоны глухонемые" (1919). Им были написаны ряд статей, посвященных революции, в том числе "Поэзия и революция" (1919), "Россия распятая" (1920) и др. Стихи Максимилиана Волошина печатались в журналах "Красная новь", сборниках "Недра", "Наши дни" и др. Но уже с 1923 г. поэт из-за своих взглядов оказался в опале, с 1928 г. его прекратили публиковать на родине, акварели художника более не экспонировали на выставках. Произведения Максимилиана Волошина распространяли только в виде самиздата и печатали за рубежом.
В 1931 г. литератор передал флигель своего дома Всероссийскому союзу писателей. В ноябре того же года ему была назначена персональная пожизненная пенсия.
Максимилиан Волошин скончался 11 августа 1932 г. в Коктебеле. Похоронен там же, на горе Кучук-Енышар.

Волошину посвящены документальные фильмы "Киммерийский затворник. Максимилиан Волошин" (1992), "Легенды серебряного века. Фильм 1. Максимилиан Волошин. Голоса" (2004), "Демоны глухонемые" (2004), Божий бич" (2005).
В Коктебеле открыт Дом-музей Максимилиана Волошина (1984). Имя поэта присвоено московской библиотеке №27 (2007), там же установлена скульптура Волошина работы Максима Малашенко. Мемориальная доска открыта в Киеве, на корпусе Национального педуниверситета им. Драгоманова, где ранее располагался дом, в котором родился поэт (2007).
С 2003 г. в России проводится Международный Волошинский конкурс, итогом которого является фестиваль "Волошинский сентябрь" в Коктебеле, с 2008 г. вручается Международная литературная Волошинская премия.