Народный артист СССР (1949), Герой Социалистического Труда (1973). Лауреат Сталинской премии второй степени (1947) и Государственной премии СССР (1969). Председатель правления ВТО (1964—1986). Член ВКП(б) с 1949 года.
Михаил Царёв родился 18 ноября (1 декабря) 1903 года в Твери в семье железнодорожного фельдшера Ивана Изотовича Царёва.
Михаил Царёв был младшим ребёнком с семье, где кроме него было ещё два брата и сестра. Мать Михаила — Мария Петровна всё своё время уделяла заботам о семье. Когда Мише ещё не исполнилось пяти лет, семья переехала из Твери в Ревель, это было связано с новым назначением отца.
Читать Михаил научился ещё до гимназии, учила его старшая сестра, к тому времени уже работавшая учительницей. Когда Михаил Царёв немного подрос, он стал летом работать в вагонных ремонтных мастерских. По воспоминаниям Царёва, вопреки тому, что он вырос посреди железной дороги, его никогда не тянуло к технике. Обучаясь в Ревельской Николаевской гимназии, Царёв любил уроки иностранного языка, истории, географии, русского языка.
В первом классе гимназии русский язык Михаилу Царёву преподавал нелюдимый преподаватель по фамилии Тюленев. Уроки он вёл отстранённо, словно его это не касается. Как-то Тюленев задал выучить наизусть отрывок из поэмы Н. А. Некрасова. Когда очередь рассказать отрывок наизусть дошла до Михаила, обычно молчавший учитель нарушил молчание и произнёс:
В тот день за рассказанный отрывок Михаил получил «пять с плюсом» и запомнил совет учителя. Позже Михаил Иванович осознал, что это был его первый урок по системе Станиславского. Продолжил учебу в престижной Царскосельской гимназии.
Учился в 1919—1921 годах в Школе русской драмы в Петрограде у Ю. М. Юрьева. Будучи студентом, в 1920 год вступил в труппу ЛАБДТ. В 1924—1926 годах работал в Москве, где играл в бывшем театре Корша. В 1926—1931 годах работал в театрах Махачкалы, Казани, Симферополя. В 1931-1933 годах был актёром ЛАТД имени А. С. Пушкина.
В 1934—1937 годах Царёв работал у Мейерхольда, запомнился ролями Армана Дюваля в «Даме с камелиями» А. Дюма-сына и Чацкого в «Горе от ума» А. С. Грибоедова. По словам самого актёра, с тех пор он «всю жизнь играл Чацкого». После закрытия театра Мейерхольда вместе с ключевыми актёрами его труппы перешёл в Малый театр.
В 1937—1950 годах — актёр Малого театра. С 1950 года по 1963 год — директор Малого театра.
В своём творчестве следовал традициям героико-романтического направления в русском театре. Воплощал на сцене мужество, силу, искренность, красоту и простоту своих героев.
Михаил Иванович Царёв преподавал в Высшем театральном училище им. М. С. Щепкина, среди его учеников: В. Г. Богин, О. Г. Царёв, С. И. Жолобов, А. О. Малов, И. А. Марычев, Л. С. Селютина, Е. К. Глушенко.
Умер Михаил Иванович Царёв 10 ноября 1987 года. Похоронен на Ваганьковском кладбище.