В 1975—1978 проходил срочную службу на атомной подводной лодке К-462 3 дивизии 1 флотилии Северного флота. В 1977 году окончил отделение журналистики при политотделе флотилии.
В 1984 году окончил следственный факультет Высшей школы КГБ СССР им. Ф. Э. Дзержинского. С 1984 года — в органах госбезопасности. Расследовал дела контрабандистов, переправлявших старинные иконы и антиквариат за границу. После расформирования в 1993 году следственного аппарата в органах госбезопасности участвовал в разработках террористических группировок. В феврале 1996 года директор ФСБ Михаил Барсуков приказом объявил о его неполном служебном соответствии, но позднее суд признал этот приказ частично незаконным. Согласно Екатерине Заподинской, г-н Трепашкин был наказан за проведение несанкционированной операции против одной из чеченских банд. В мае 1997 года его уволили из ФСБ по сокращению штатов.
Михаил Трепашкин стал известен после того, как 17 ноября 1998 года принял участие в пресс-конференции, на которой бывший сотрудник ФСБ Александр Литвиненко и его коллеги заявили, что по приказу руководства ФСБ должны были организовать убийство Бориса Березовского. После пресс-конференции Трепашкина вынудили уволиться из следственного отдела управления федеральной службы налоговой полиции по Московской области, и он стал адвокатом.
Трепашкин являлся помощником Бориса Березовского, когда тот был депутатом Госдумы.
По словам Михаила Трепашкина, с Литвиненко его сблизила «несправедливость со стороны родного чекистского ведомства». После того как Литвиненко эмигрировал в Великобританию, М. Трепашкин продолжал общаться с ним по телефону и давать юридические консультации.
Согласно Екатерине Заподинской, телефонные разговоры с Литвиненко стали поводом для обыска 22 января 2002 года в его квартире. Заподинская ссылается на постановление Главной военной прокуратуры РФ, где целью обыска названы «предметы и документы, указывающие о местонахождении находящегося в розыске Литвиненко». Следователи обнаружили копии материалов ФСБ, КГБ, ФСК и Министерства безопасности, которые прокуратура посчитала секретными. Согласно прокуратуре, следователи нашли около 20 незарегистрированных патронов. Главная военная прокуратура возбудила уголовное дело по обвинению в незаконном хранении патронов и разглашении государственной тайны. Трепашкин обвинялся в том, что будучи сотрудником КГБ и ФСБ, он копировал и незаконно хранил дома служебные документы, многие из которых были секретными.
Две сестры, мать которых погибла в одном из взорванных домов, обратились к Михаилу Трепашкину для защиты в суде над Ю. Крымшамхаловым и А. Деккушевым, обвинёнными в осуществлении взрывов жилых домов в Москве и Волгодонске. По утверждению г-на Трепашкина, готовясь к процессу, он обнаружил фоторобот неизвестного подозреваемого, чьё описание было изъято из досье. Этот человек, согласно имярек, оказался одним из его бывших коллег по ФСБ. По словам г-на Трепашкина, он также нашёл свидетеля, который подтвердил, что показания были искажены, чтобы увести следствие от обвинения ФСБ. Г-н Трепашкин утверждал, что так и не смог рассказать о своих находках на суде, но успел сообщить о своём расследовании одному из московских журналистов.
Трепашкин расследовал письмо, чьё авторство Александр Литвиненко приписывал Ачемезу Гочияеву, подозреваемому в организации взрывов жилых домов в Москве. По утверждению Трепашкина, он обнаружил, что под инициалом «К.» предполагаемого заместителя Гочияева, который организовал завоз мешков, может иметься в виду заместитель генерального директора Капстрой-2000, «некий Кормишин из города Вязьма».
22 октября 2003, за неделю до начала судебных слушаний, Михаил Трепашкин был задержан инспекторами ДПС на контрольном посту милиции на 47-м километре Дмитровского шоссе. Согласно прокуратуре, при обыске его машины был обнаружен незарегистрированный пистолет, но это сведение было успешно оспорено в суде. Прокуратурой Дмитрова было возбуждено ещё одно уголовное дело по обвинению в незаконном приобретении и хранении оружия. С санкции Дмитровского городского суда Трепашкин был заключён под стражу.
Суд отказался заслушать свидетельницу Марию Вратских, утверждавшую, что она видела, как вызванный сантехник заходил в домашний кабинет Трепашкина. По утверждению М. Трепашкина, в те дни, когда он находился под стражей, Мария Вратских была обнаружена мёртвой.
19 мая 2004 года Московский окружной военный суд приговорил г-на Трепашкина к 4 годам лишения свободы за разглашение государственной тайны и незаконное хранение патронов. Адвокатами была подана кассационная жалоба. 13 сентября 2004 года Военная коллегия Верховного суда оставила приговор в силе.
15 апреля 2005 года Дмитровский городской суд добавил г-ну Трепашкину 1 год лишения свободы за незаконное хранение оружия. 1 июля 2005 Московский областной суд отменил этот приговор. Однако основной приговор (за разглашение государственной тайны и незаконное хранение патронов) остался в силе.
30 августа 2005 года г-н Трепашкин был условно-досрочно освобождён, однако прокуратура Нижнего Тагила, где он отбывал наказание, вскоре опротестовала это судебное решение. 16 сентября 2005 года Свердловский областной суд удовлетворил кассационное представление прокуратуры Нижнего Тагила и отменил постановление об условно-досрочном освобождении Трепашкина.
24 ноября 2005 года Тагилстроевский суд Нижнего Тагила отказал в удовлетворении заявления г-на Трепашкина об условно-досрочном освобождении и оставил его в колонии-поселении. Адвокаты обжаловали это постановление. 15 марта 2006 года Свердловский областной суд оставил его в силе.
3 апреля 2006 Михаил Трепашкин объявил о начале бессрочной голодовки протеста. Он заявил, что голодовка будет закончена, если будут выполнены следующие требования: его немедленное освобождение от незаконного содержания под стражей, предоставление полноценного лечения в гражданской больнице, соответствующей профилю его заболевания, а также создание международной медицинской комиссии для решения вопроса о возможности его дальнейшего отбывания наказания по состоянию здоровья. Решение о голодовке Трепашкин принял после ряда, с его точки зрения, грубых нарушений уголовно-процессуального законодательства судебной коллегии Свердловского областного суда. Его адвокат Сергей Кузнецов заявил, что все эти факты явно свидетельствуют о заказном характере «Дела Трепашкина», и что это дело сфабрикованно по политическим мотивам Главной военной прокуратурой РФ.
30 ноября 2007 вышел на свободу.
Дело Михаила Трепашкина освещалось западной прессой и вызвало международную кампанию в его защиту. Михаил Трепашкин — один из главных героев документального фильма Андрея Некрасова «Недоверие».
В сентябре 2006 года в своём рабочем докладе председатель комитета по законодательству и правам человека Христос Пургуридес (Кипр, группа Партии Европейского Народа) высветил следующие несовершенства судебной системы в России.
Председатель упомянул множество несоответствий в делах Михаила Трепашкина, Игоря Сутягина, Анатолия Бабкина, Валентина Данилова, Григория Пасько, Валентина Моисеева, Александра Никитина, Оскара Кайбышева, Владимира Сойфера, Владимира Щурова, Юрия Хворостова. Председатель напомнил, что его письменная просьба к российским властям в начале 2006-го года о встрече с Трепашкиным осталась без ответа.
19 апреля 2007 года Парламентская Ассамблея Совета Европы приняла резолюцию, касающуюся «довольно неясных либо чрезмерно широких» законов об официальных секретах. В резолюции ассамблея обнаружила явные признаки неуважения к принципам честного суда в серии шпионских дел в России. Ассамблея призвала к немедленному освобождению учёных Игоря Сутягина, Валентина Данилова, а также бывшего агента ФСБ Михаила Трепашкина.
В своём отчёте комитет по законодательству и правам человека Совета Европы высказал опасения, что законы о государственных секретах во многих странах-членах Совета Европы довольно размытые и могут быть истолкованы, чтобы затронуть широкий диапазон легальных занятий журналистов, учёных, адвокатов или других защитников прав человека. Комитет предложил, чтобы следующие виды информации никогда не подлежали пересмотру в качестве государственного секрета:
«Международная амнистия» неоднократно призывала к повторному рассмотрению дела Михаила Трепашкина и выражала озабоченность об отсутствии необходимого медицинского ухода за серьёзным случаем астмы у осуждённого.
Михаил Трепашкин продолжает заниматься адвокатской и правозащитной деятельностью.
В марте—апреле 2008 года Замоскворецкий районный суд города Москвы рассматривал иск Михаила Трепашкина против Федеральной службы исполнения наказаний и начальника её пресс-службы Александра Сидорова. Согласно агентству «Новости», г-н Сидоров связал статью обвинения с изменой Родине. Представитель г-на Сидорова в суде заявил о непричастности своего клиента и об искажении его высказывания агентством «Новости».
В 2008—2010 годы Трепашкин занимался защитой Юлии Приведённой, активистки объединения «Ф.А.К.Э.Л.-П.О.Р.Т.О.С.», которую власти обвиняли в создании незаконного вооруженного формирования, а затем решили поместить в стационар для психического обследования.
Михаил Трепашкин часто участвует в правозащитных и оппозиционных митингах. В марте 2010 г. он подписал обращение российской оппозиции «Путин должен уйти».