Бэй родился в Лос-Анджелесе и воспитывался приёмными родителями. Выучился в Художественном колледже дизайна в Пасадене и закончил Уэслианский университет.
После школы начал работу в индустрии музыкального клипмейкерства и работал над клипами таких музыкантов, как Мит Лоуф, Ричард Маркс, Донни Осмонд, Лайонел Ричи и Тина Тёрнер. Кроме того, он занимался съёмками рекламных роликов для множества крупных компаний, в числе которых были Nike, Reebok, Budweiser и Coca-Cola. Самой успешной его рекламной кампанией стала серия рекламных роликов «Got Milk?».
Первым фильмом, режиссёром которого стал Майкл Бэй, был «Плохие парни» 1995 года, получивший одобрение зрителей и финансовый успех. При бюджете в 20 миллионов долларов фильм собрал в мировом прокате около полутора сотен. Второй проект режиссёра — «Скала» — также оправдал вложенные в него средства и определил дальнейшее творческое направление постановщика — Бэй стал специализироваться на высокобюджетных боевиках. Все его фильмы суммарно собрали свыше 2,6 млрд долларов по всему миру.
Недавно Бэй и Wydncrest Holdings приобрели компанию Digital Domain Джеймса Кэмерона и Стэна Уинстона, занимающуюся спецэффектами. Кроме того он создал кампанию Platinum Dunes, которая занимается продюсированием фильмов ужасов (в основном, ремейков картин 70-х годов).
Фильм Майкла Бэя «Трансформеры» — самый кассовый фильм не-сиквел 2007 года, собрал по миру свыше 700 млн долларов.
В 1995 году Бэй был награждён Гильдией режиссёров Америки как «Режиссёр года». В разное время выигрывал несколько премий MTV Video Music Awards.
Кроме всего этого, он также был номинирован на премию «Золотая малина» в категориях «Худший режиссёр» («Пёрл-Харбор», «Армагеддон», «Трансформеры 3: Тёмная сторона Луны»), а также «Худший режиссёр» и «Худший сценарий» («Трансформеры: Месть падших»), которые он выиграл.