Родился 19 марта 1895 года в Киеве.
Отец Максима — этнограф, общественный деятель и публицист Рыльский Фаддей Розеславович, был сыном богатого польского дворянина Розеслава Рыльского и княжны Трубецкой. Один из предков Рыльских в XVII веке был киевским городским писарем. Прапрадед Максима был учеником базилианской школы и во время взятия Умани гайдамаками в 1768 году чудом избежал смерти. Мать Максима Рыльского, Мелания Фёдоровна, была простой крестьянкой из села Романовка (сейчас Попельнянский район, Житомирская область). В 1902 году умер его отец, и семья переехала из Киева в Романовку. Максим вначале обучался в домашних условиях, затем в частной гимназии в Киеве.
Ещё в детстве познакомился с композитором Н. В. Лысенко, этнографом Д. Н. Ревуцким, актёром и театральным режиссёром Панасом Саксаганским, которые оказали на него большое влияние. Некоторое время жил и воспитывался в семьях Н. В. Лысенко и А. А. Русова. После окончания частной гимназии М. Ф. Рыльский в 1915—1918 годах обучался на медицинском факультете Киевского университета Св. Владимира, потом на историко-филологическом факультете Народного университета в Киеве, основанного при гетмане П. П. Скоропадском, однако, не окончил и диплома ни там, ни там не получил.
Занимался самообразованием, изучением языков и музыки. С 1919 по 1929 годы работал учителем в селе, в частности, и в Романовке, а также в киевской железнодорожной школе, на рабфаке Киевского университета и в Украинском институте лингвистического образования.
Рыльский начал писать рано, первое его стихотворение опубликовано в 1907 году, первый юношеский сборник «На білих островах» вышел в 1910 году. Первым зрелым сборником литературоведы считают «Під осінніми зорями» (1918, переиздан в сокращённом виде в 1926 году).
В 1920-е годы Рыльский принадлежал к объединению «неоклассиков», которое подверглось официальным преследованиям за оторванность от проблем социализма. В течение десятилетия вышло 10 поэтических сборников, в частности, «Синя далечінь» (1922), «Поеми» (1925), «Крізь бурю і сніг» (1925), «Тринадцята весна» (1926), «Гомін і відгомін», «Де сходяться дороги» (1929), а также несколько книг с поэтическими переводами, в частности, в 1927 году перевод поэмы Адама Мицкевича «Пан Тадеуш».
В 1931 году Рыльский был арестован и почти год провёл в Лукьяновской тюрьме. После освобождения из заключения юморист Остап Вишня на несколько дней взял его к себе в гости в Харьков. Его друзья-неоклассики Д. Загул, М. Драй-Хмара, П. Филипович, Н. К. Зеров были репрессированы и погибли в лагерях.
После освобождения из тюрьмы, в 1931 году М. Ф. Рыльский изменил направление творчества. В сборнике «Знак терезів» (1932) он продемонстрировал активное принятие советской действительности, благодаря чему он — единственный из неоклассиков — пережил годы Большого террора и даже был причислен к официальным поэтам советской власти. Его творчество разделилось на два самостоятельных направления — официальное и лирическое, в рамках последнего ему удалось создать независимые от политики произведения, которые до сих пор считаются классикой украинской литературы. Начиная с 1930-х годов Рыльский выпустил множество поэтических сборников, среди которых лучшими считаются «Знак терезів» (1932), «Літо» (1936), «Україна», «Збір винограду» (1940), «Слово про рідну матір», «Троянди й виноград» (1957), «Голосіївська осінь», «Зимові записи» (1964), а также четыре книги лирико-эпических поэм, множество переводов славянских и западноевропейских литературных произведений, научные труды по филологии и литературоведению.
В 1943 году избран академиком АН УССР, в 1958 году — академиком АН СССР. В 1944—1964 годах был директором Института искусствоведения, фольклора и этнографии АН Украины.
Член ВКП(б) с 1943 года. Был депутатом ВС СССР с 1946 года.
Максим Фаддеевич Рыльский скончался 24 июля 1964 года. Похоронен в Киеве на Байковом кладбище.