Родился в дворянской семье.
Окончил 4-ю Московскую гимназию с золотой медалью (1882 год) и историко-филологический факультет Московского университета (1886 год). В молодости был увлечён идеями Л. Н. Толстого, был активным толстовцем, находился в переписке с Толстым. В конце 1887 года был арестован за издание брошюры Толстого «Николай Палкин», но после заступничества Толстого в феврале 1888 года освобождён под гласный надзор полиции с запрещением проживать в столицах. Получив наследство после смерти отца, в 1888 году основал в селе Дугино Тверской губернии «толстовскую» земледельческую общину, которая просуществовала два года из-за того, что её участникам-интеллигентам было трудно и непривычно заниматься физической работой.
Однако в 1892 году пересмотрел свои взгляды, став приверженцем православной церкви. Автор «Открытого письма» Толстому, в котором, в частности, говорилось:
Был близок к протоиерею Иоанну Кронштадтскому, к старцам Оптиной и Зосимовой пустыней. Автор работ на церковные темы, публиковался в «Миссионерском обозрении» и «Церковных ведомостях». Участвовал в Религиозно-философских собраниях 1901—1903 годов. В 1902—1917 годах был издателем «Религиозно-философской библиотеки» (РФБ), в которой публиковались многие известные российские православные мыслители (многие из книг серии были написаны самим Новосёловым или при его участии). Серия вначале издавалась в Вышнем Волочке, а затем в Москве и в Сергиевом Посаде. Всего вышло 39 выпусков РФБ; около 20 отдельных непронумерованных книг и более 80 «Листков РФБ» (изданий, в которых публиковались труды святых отцов и религиозные размышления выдающихся русских писателей и учёных).
В 1905 году выступал противником планов поспешного избрания Патриарха, сторонником проведения собора Русской православной церкви, а для его подготовки — образования Соборного подготовительного совещания из нескольких епископов, представителей духовенства и мирян. В 1905—1918 годах участвовал в работе Московского религиозно-философского общества памяти Владимира Соловьёва.
В 1907 году организовал в Москве строго православный «Кружок ищущих христианского просвещения», заседания которого проходили на его квартире (так называемые «новосёловские четверги»). В состав кружка входили священники Павел Флоренский и Иосиф Фудель, а также Ф. Д. Самарин, В. А. Кожевников, С. Н. Булгаков, П. Б. и С. Б. Мансуровы, Н. Д. Кузнецов, Ф. К. Андреев. По словам В. В. Розанова,
Резко негативно относился к деятельности Григория Распутина, выпустил в своём издательстве брошюру «Григорий Распутин и мистическое распутство» (М., 1912), которая была запрещена и конфискована в типографии. Газета «Голос Москвы» была оштрафована за публикацию выдержек из неё. В 1912 году был избран почётным членом Московской духовной академии за свою деятельность в области духовного просвещения и христианской апологетики. Являлся членом Училищного совета при Святейшем Синоде. Автор работ в защиту имяславия — учения об имени Божием, сторонники которого были изгнаны с Афона и подвергались другим преследованиям. Преподавал классическую филологию в Московском университете.
В 1918 году входил в состав отдела о духовно-учебных заведениях Поместного собора Русской православной церкви 1917—1918 годов. В 1918 году был членом Временного Совета объединенных приходов города Москвы. Предоставил свою квартиру для занятий созданных весной 1918 года по благословению Патриарха Тихона Богословских курсов, преподавал на этих курсах.
В 1922 году был членом Братства ревнителей Православия. Против него 11 июля 1922 года было возбуждено уголовное дело по обвинению в антисоветской агитации, в ночь на 12 июля того же года в его квартире был произведён обыск. Сам Михаил Новосёлов в это время находился в Оптиной пустыни, поэтому ему удалось избежать ареста. Был арестован 12 августа 1922 года и до 19 марта 1923 года находился под арестом. Дело против него было прекращено в связи с тем, что при обыске не было найдено ничего компрометирующего (был изъят лишь орден Святого Станислава). После этого уехал в Вышний Волочёк, где и поселился, жил на нелегальном положении.
В 1922—1927 годах написал своё основное сочинение — «Письма к друзьям», посвящённые актуальным вопросам церковной жизни. В нём он резко критиковал обновленческое движение, рассуждал о причинах гонений на церковь в России, рассматривался вопрос о конечных судьбах церкви и мира (значительное внимание уделялось эсхатологическим рассуждениям), анализировал различия между православием, католицизмом и протестантизмом, отдавая безусловное предпочтение первому. Принадлежал к традиции мистического богословия. В 1970—1980-е годы отдельные «Письма к друзьям», ранее распространявшиеся в самиздате, были опубликованы в зарубежном «Вестнике РХД» и в нелегально издававшемся альманахе «Надежда» (1984).
Был видным деятелем «иосифлянского» движения, сторонником создания катакомбной церкви, вместе с протоиереем Фёдором Андреевым составил обращение к Заместителю Патриаршего местоблюстителя митрополиту Сергию (Страгородскому) с предложением изменить церковно-политический курс.
В марте 1929 года был арестован в Москве как «руководитель антисоветских церковников, ведущий их к переходу на нелегальное положение, распространяющий своеобразные циркуляры идеологического антисоветского характера с призывом к „мученичеству“». 23 мая 1929 года был приговорён к трём годам лишения свободы, отбывал наказание в Суздальском политизоляторе.
В 1930 году был перевезён в Москву, находился в Бутырской тюрьме, проходил по делу Всесоюзного Центра «Истинное Православие», обвинён в том, что играл решающую роль в идеологическом объединении духовенства, оппозиционного митрополиту Сергию (Страгородскому). 3 сентября 1931 года приговорён к 8 годам лишения свободы, срок заключения отбывал в Ярославском политизоляторе. Существует информация, что, находясь в изоляторе, Новосёлов обратил в православие одного из заключённых, турка Ахмета Ихсана. По воспоминаниям Ихсана, Новосёлов пользовался уважением узников, которые называли его аввой и богословом (хотя сам он возражал против того, чтобы его именовали богословом).
7 февраля 1937 года получил очередной тюремный срок, был приговорён к трём годам заключения, 29 июня 1937 года был перевезён в Вологодскую тюрьму.
В Вологде против него было возбуждено уголовное дело за «систематическое распространение среди сокамерников клеветнических сведений по адресу руководителей ВКПб и Советского Правительства с целью вызвать недовольство и организованные действия против установленных тюремных правил и [за продолжение] борьбы в условиях тюрьмы». 17 января 1938 года приговорён к расстрелу постановлением Вологодского УНКВД; в тот же день расстрелян.
Михаил Новосёлов был причислен к лику святых новомучеников и исповедников Российских на юбилейном Архиерейском соборе Русской православной церкви в августе 2000 года для общецерковного почитания.
Существует версия, что в 1920 году Михаил Новосёлов был пострижен в монашество с именем Марк, а в 1923 году тайно хиротонисан во епископа Сергиевского: архиепископом Феодором (Поздеевским), епископами Арсением (Жадановским) и Серафимом (Звездинским). Однако она документально не подтверждена и официально не принята церковью, Архиерейский собор которой канонизировал Михаила Новосёлова как мирянина. То же относится и к участию Новосёлова в так называемом «кочующем соборе», объективные доказательства проведения которого отсутствуют (все данные о соборе основаны на информации Амвросия (Сиверса)).