Родился 30 ноября 1944 года в селе Крутояровка Кегичевского района Харьковской области. В 1962—1963 годах работал формавальщиком на заводе имени Малышева. В 1967 году с отличием закончил Харьковский институт радиоэлектроники (ХИРЭ, сейчас Харьковский национальный университет радиоэлектроники) по специальности «автоматика и телемеханика». В 1967—1968 годах работал лаборантом и инженером в ХИРЭ. На протяжении 1968 и 1969 года учился в аспирантуре. С 1969 по 1974 год Бондаренко работал ассистентом, старшим преподавателем, доцентом кафедры математического моделирования ХИРЭ.
В 1970 году получил степень кандидата технических наук. Тема диссертации — «Математические модели адаптации зрения и их технические приложения». Диссертация была защищена Бондаренко в возрасте 25 лет, что стало рекордом для института. В 1974—1976 годах работал преподавателем по контракту в Университете города Ориенте, Куба. С 1977 года — заведующий кафедры программного обеспечения ЭВМ ХИРЭ.
В 1985 году получил степень доктора технических наук. Тема диссертации — «Математические модели морфологических и фонетических отношений и их применение для автоматизации обработки речевых сообщений».
С 1986 по 1987 год — декан факультета вычислительной техники ХИРЭ.
С 1994 года по сей день — ректор Харьковского национального технического университета.
В 1996 году был избран членом Академии наук высшей школы Украины. 4 февраля 2009 года был избран член-корреспондентом Национальной академии наук Украины (специальность «компьютерные технологии»).
Основные научные направления: теория интеллекта, распознавание речи. Создал научную школу в области искусственного интеллекта. Автор более 360 научных трудов, 12 монографий, учебников и научных пособий, 7 авторских свидетельств, 5 патентов. Подготовил 10 докторов и 36 кандидатов наук.
Главный редактор научных изданий «Бионика интеллекта», «Радиоэлектроника и информатика», «Новый коллегиум». Член наблюдательного комитета международного симпозиума «East-West Design and Test».
Президент Академии наук прикладной радиоэлектроники. Президент Украинской ассоциации дистанционного образования. Почетный доктор Московского инженерно-физического института.
Михаил Фёдорович Бондаренко владеет испанским, немецким и английским языками.
Михаил Фёдорович Бондаренко имеет награды и поощрения: