Michel Hazanavicius naît au sein d'une famille d'origine juive lituanienne. Ses grand-parents s'installent en France dans les années 1920. Après avoir étudié à l'ENSAPC, il commence sa carrière à la télévision en 1988. Il collabore sur Canal+ à divers programmes dont des sketchs des Nuls. Sa contribution y est essentiellement scénaristique. L'auteur passe à la réalisation des sketchs en 1992. Suivent des spots publicitaires pour plusieurs marques dont Reebok, Bouygues Telecom... Il réalise Le Grand Détournement, montage d'extraits de films cinématographiques avec des acteurs connus dont les dialogues sont détournés, dans la même veine que Lily la tigresse.
Au cinéma, la carrière de Michel Hazanavicius démarre en 1997 par un court-métrage, Échec au capital. Il prend aussi part aux projets solo de ses anciens compagnons des Nuls. Ainsi il coécrit le scénario de Delphine 1, Yvan 0 de Dominique Farrugia et y fait une apparition en tant que Régis, le fameux con de la troupe. Il fait aussi une apparition dans le film d'Alain Chabat, Didier. Son nom est d'ailleurs repris pour faire passer Didier pour un footballeur lituanien. Enfin on l'aperçoit furtivement dans le film La Cité de la peur écrit par le trio comique.
Puis vient la réalisation du long métrage Mes amis dans lequel il dirige son frère Serge Hazanavicius. Il participe également à l'écriture des Dalton (2004), adapté de la bande dessinée Lucky Luke. Il met également en scène en 2005 le spectacle d'Éric et Ramzy intitulé Érickéramzy.
En tant que producteur, Michel Hazanavicius crée en 2002 la société La Classe américaine, dont le nom provient du sous-titre du film Le Grand Détournement. La société produit essentiellement des œuvres télévisuelles dont le documentaire Tuez-les tous ! (2004).
Avec OSS 117 : Le Caire, nid d'espions (2006), le réalisateur obtient un grand succès critique et public (plus de deux millions d'entrées). Le film qui bénéficie d'un budget important est librement inspiré du célèbre personnage de roman de gare, OSS 117 de Jean Bruce. Pour autant, dans un esprit parodique (il parodie notamment les James Bond avec Sean Connery), il prend beaucoup de libertés avec sa typologie. Le deuxième long-métrage, OSS 117 : Rio ne répond plus (2009), est dans la même veine et totalise 2,5 millions d'entrées.
En 2011 il sort un film muet et en noir et blanc : The Artist, inspiré du cinéma américain et non sonore des années 1920 et 1930 (celui entre autres de William A. Wellman et de Charles Chaplin) qu'il pastiche autant qu'il célèbre. Le film narre la déchéance de George Valentin (interprété par Jean Dujardin), star du muet qui affronte l'arrivée du cinéma parlant et voit contrarié son amour naissant pour une étoile montante : Peppy Miller (Bérénice Béjo).
The Artist est sélectionné au Festival de Cannes, d'abord hors compétition. Mais il est basculé en dernière minute dans la compétition sur l'insistance du producteur Thomas Langmann. Il y reçoit un très bon accueil et vaut à son acteur principal Jean Dujardin le Prix d'interprétation masculine. Lors du festival le film est acheté par des distributeurs du monde entier, notamment par la Weinstein Company qui lance sa carrière américaine et son intense campagne de promotion en vue des Oscars du cinéma 2012.
Grâce à cette œuvre qui fut dix fois nommée (record historique pour un film français), le réalisateur est rapidement apparu comme un prétendant sérieux aux Oscars où la majorité des bookmakers le donnaient gagnant suite à l'obtention du Directors Guild of America Award et de nombreux prix lors de la cérémonie des Golden Globes à Los Angeles et des BAFTA à Londres.
En juin 2011 il est chargé de la réalisation d'un sketch du film Les Infidèles, écrit et produit en partie par Jean Dujardin.
Le 24 février 2012, Michel Hazanavicius se voit décerner le César du meilleur réalisateur pour The Artist qui obtient cinq autres trophées dont celui du meilleur film et de la meilleure actrice pour Bérénice Béjo.
Deux jours plus tard, il entérine les pronostics en recevant l'Oscar du meilleur réalisateur pour The Artist et devient le second réalisateur français, neuf ans après Roman Polanski, à gagner cette récompense. Par ailleurs cinq Oscars sont décernés au total à son long métrage dont ceux du meilleur film et du meilleur acteur pour Jean Dujardin.