Né le 14 mars 1933 à Londres (Rotherhithe) (Angleterre). D'origine très modeste, Michael Caine (alias Maurice Joseph Micklewhite) est né dans le sud de Londres. Sa mère était femme de ménage, et son père porteur au Marché aux Poissons de Billingsgate. Après avoir vécu une partie de la guerre dans une ferme du Norfolk, il regagne Londres où il commence son apprentissage d'acteur dans des spectacles scolaires et monte quelques pièces pour une association de jeunes. Il quitte le lycée à seize ans pour subvenir aux besoins des siens, et exerce une multitude de métiers avant d'accomplir ses obligations militaires dans le Queen's Royal Regiment en Allemagne et en Corée.
De retour à la vie civile, il entre comme assistant régisseur dans une compagnie de répertoire de Horsham (Sussex) puis rejoint le Lowestoft Repertory Theatre (Suffolk), où il tient ses premiers emplois. Il travaille ensuite au Theatre Workshop de Stratford East, puis à Liverpool dans la troupe de Sam Wanamaker avant de regagner Londres à la fin des années cinquante. Abandonnant son patronyme pour celui de Michael Caine (inspiré du film Ouragan sur le Caine), il participera à une bonne centaines d'épisodes de séries et jouera dans de nombreuses troupes de répertoire avant de remplacer Peter O'Toole sur la tournée de «The Long, The Short and the Tall» et de faire sa première création en vedette dans le West End avec la pièce de James Saunders «Next Time I'll Sing To You».
En 1964, les producteurs de Zoulou offrent à Caine un personnage d'officier snob et hautain qui lui vaut son premier succès critique. Il décroche ses galons de vedette en incarnant Harry Palmer, l’espion myope, débonnaire et cynique de Ipcress, danger immédiat. Il retrouve le personnage à l’occasion de Un cerveau d’un milliard de dollars, de Mes funérailles à Berlin et, sur le tard, de Bullet to Beijin et de Midnight in St-Petersburg. Avec le succès, Michael Caine renoue à l’occasion avec la comédie Alfie le dragueur, le film de guerre La bataille d'Angleterre, le vol de L’or se barre et du thriller La loi du milieu où sa nonchalance naturelle fait merveille en dépit de la dureté du rôle.
Désormais star du cinéma britannique, le comédien se mesure avec maestria, flegme et humour à des partenaires aussi écrasants que Laurence Olivier (Le limier, La taupe), Sean Connery (L’homme qui voulut être roi) ou encore Omar Sharif (La vallée perdue).
Consacré par ce personnage de séducteur cynique et désinvolte, Michael Caine débute en 1967 à Hollywood dans Que vienne la nuit d'Otto Preminger, et tournera dès lors régulièrement pour les plus grands réalisateurs d'outre-Atlantique : Joseph L. Mankiewicz (Le Limier), John Huston (L'Homme qui voulut être roi), Woody Allen (Hannah et ses soeurs), Sidney Lumet (Piège mortel), Brian De Palma (Pulsions), Stanley Donen (C'est la Faute à Rio), Bob Rafelson (Blood and Wine), ainsi que dans quelques productions d'envergures comme le film de guerre Un pont trop loin de Richard Attenborough ou Le dernier secret du Poséidon d'Irwin Allen...
Dans les années 80, Michael Caine remporte l'Oscar du Meilleur Second Rôle pour son personnage de mari volage dans Hannah et ses soeurs. Quelques années avant il retournait sous la direction de John Huston dans A nous la victoire où il entraînait au football les prisonniers de guerre Sylvester Stallone et Pelé.
Michael Caine a également tenu la vedette des téléfilms Jack l'éventreur, Jekyll et Hyde et Mandela and de Klerk et incarné le mythique capitaine Nemo dans la mini-série 20000 lieues sous les mers. Il a monté en 1992 la société M & M avec le producteur américain Martin Bregman et produit sous la bannière de celle-ci le thriller Blue Ice, dont il tenait la vedette avec Sean Young.
Bien que reconnaissant s’être « égaré » dans plusieurs grosses productions purement alimentaires (L’inévitable catastrophe, Les dents de la mer 4…), le comédien n’avoue regretter qu’un seul film dans une carrière extrêmement riche : Terrain miné dont il entre en conflit ouvert avec la vedette et réalisateur, Steven Seagal.
Ayant dépassé le noble âge de 60 ans dans les années 90, Michael Caine ne peux plus jouer les rôles de séducteurs d'autrefois et s'oriente donc vers des figures paternalistes ou de mentor: il est l'agent artistique de l'héroïne de Little Voice, il joue le «conseiller féminité» de Sandra Bullock dans la comédie Miss Détective, forme avec Robert Duvall un duo de vieux frères trublion dans Le Secret des frères MacCann, est le père de Nicolas Cage dans The Weather Man et celui du délirant agent britannique Austin Powers dans Austin Powers dans Goldmember où il s'amuse de son ancienne image de Don Juan. En 2005, il campe le domestique bienveillant Alfred dans Batman Begins de Christopher Nolan. Il retrouve le réalisateur deux ans plus tard pour arbitrer le duel de magie entre Hugh Jackman et Christian Bale dans Le prestige. Juste avant on pouvait le voir en scientifique baba-cool dans le film de science-fiction Les Fils de l'Homme d'Alfonso Cuaron. Des seconds rôles certes mais que l'acteur sait rendre fameux. En démontre son deuxième Oscar du Meilleur Second Rôle remporté en 2000 pour L'oeuvre de Dieu, la part du diable de Lasse Hallström.
Après avoir tourné dans le remake de La loi du milieu, Get Carter (2001) dans lequel Sylvester Stallone reprenait son rôle, Michael Caine récidive dans une nouvelle version du Limier – Sleuth (2007) de Kenneth Branagh. Là encore il ne reprend pas le personnage qu'il avait tenu à l'époque mais celui initialement interprété par son partenaire Laurence Olivier, le mari manipulateur Andrew Wyke. L'année suivante il est tout naturellement à l'affiche de The Dark Night, suite des aventures du justicier de la nuit, Batman, toujours réalisé par Christopher Nolan.