Сын князя Ивана Михайловича Воротынского (старшего), последний владетель Воротынского княжества. После смерти Михаила Ивановича в 1573 году княжество было упразднено, а земли отошли к Царству Русскому.
Был одним из приближённых Ивана Грозного. Возглавлял войска в противостояние с Крымским ханством, руководил строительством оборонительных сооружений. Изображён в числе 109 других выдающихся людей русских на памятнике «Тысячелетие России» .
Один из руководителей Казанских походов 1545—1552:
За взятие Казани включён в состав ближней думы царя.
Походы против Крымского ханства:
В 1571 году составляет Устав о станичной и сторожевой службе.
Существует версия, основанная на «Истории» князя Андрея Курбского, что спустя 10 месяцев после Молодинской битвы князь М. Воротынский был по доносу холопа обвинён в намерении околдовать царя. Царь якобы лично рвал бороду Воротынскому и подсыпал угли к бокам 63-летнего князя. Измученного пытками Михаила Воротынского отправили в Кирилло-Белозерский монастырь, а по дороге он умер. Однако имя князя не упоминается в «Синодике опальных».