Академик АН СССР (1968), дважды Герой Социалистического Труда, шестикратный лауреат Сталинской премии, лауреат Ленинской премии (1962). Брат Анастаса Микояна. Член КПСС c 1925 года. Депутат Верховного Совета СССР 3-8 созывов.
Родился в горном селении Санаин (ныне — в черте города Алаверди, область Лори, Армения), в семье Ованеса Нерсесовича и Талиды Отаровны. Получил начальное образование. До призыва в армию работал на заводе в Ростове-на-Дону и затем на заводе «Динамо» в Москве. После демобилизации поступил в Военно-воздушную Академию им. Н. Е. Жуковского, которую и окончил с отличием в 1937 году.
В 1935 году вместе с другими слушателями академии построил свой первый самолёт — легкий «Октябрёнок», получивший высокую оценку Центрального аэроклуба. После окончания академии был направлен на работу на Государственный авиазавод № 1.
В мае 1939 года на завод № 1 были переданы работы по скоростному истребителю И-180. Сюда же перевели и КБ Н. Н. Поликарпова, разрабатывавшего данную модель. Поликарпов был назначен техническим директором и главным конструктором завода.
Вскоре Н. Н. Поликарпов был направлен в командировку в Германию. В его отсутствие директор завода Павел Воронин и главный инженер П. В. Дементьев выделили из состава КБ часть подразделений и лучших конструкторов (в том числе Михаила Гуревича) и организовали новый Опытный конструкторский отдел, а по сути — новое КБ, руководителем которого и был назначен молодой авиаконструктор А. И. Микоян. Также Микояну передали проект нового истребителя И-200 (будущий МиГ-1), который Поликарпов направил в Наркомат авиационной промышленности (НКАП) на утверждение перед своей поездкой в Германию.
8 декабря 1939 года приказом НКАП Микоян был назначен начальником КБ-1 и заместителем главного конструктора завода № 1. Этот день считается днём образования КБ имени А. И. Микояна.
Скончался 9 декабря 1970 года.
Под его руководством (совместно с М. И. Гуревичем и В. А. Ромодиным) созданы участвовавшие в Великой Отечественной войне самолёты-истребители МиГ-1 и МиГ-3. После войны в КБ Микояна были созданы истребители МиГ-15, МиГ-17, МиГ-19, МиГ-21, МиГ-23 и МиГ-25.
На самолётах КБ Микояна было установлено 55 мировых рекордов.