Михаил Цехановский начал рисовать в гимназии, в 1908—1910 годах работал в Париже в частной скульптурной мастерской; в 1911—1914 годах учился на юридическом факультете Петербургского университета (не закончил), затем обучался в Императорской Академия художеств (Санкт-Петербург), в 1918 году окончил Московское училище живописи, ваяния и зодчества. С 1918 по 1923 год служил в Красной Армии, где занимался прикладной художественной и скульптурной работой, затем вернулся в Петроград, где продолжил занятия прикладными работами и работал инструктором-художником Государственного художественно-промышленного техникума.
С 1926 года Михаил Цехановский работает в издательстве «Радуга» и в детской редакции Ленгиза над иллюстрациями детских и юношеских книг, рядом с Владимиром Лебедевым. Цехановский, наряду с Соломоном Телингатером принял предложенный Эль Лисицким конструктивистский графический метод. Среди авторов иллюстрированных Цехановским книг — Илья Ионов («Топотун и книжка»), М. Ильин («Карманный товарищ», «Человек и стихия»), Самуил Маршак («Почта», «Приключения стола и стула», «Семь чудес»), Борис Житков («Ураган», «Телеграмма», «Рассказы о технике»). Также Цехановский печатал так называемые «кинокнижки» (кинеограф) — «Мяч», «Бим-Бом», «Поезд», при перекидывании страниц которых создавалась короткая анимация, содержащая некоторые кинематографические приемы.
В 1928 по 1936 и с 1938 по 1942 годы Михаил Цехановский работает режиссёром-мультипликатором на Ленинградской кинофабрике «Совкино» (затем «Ленфильм»). Первой киноработой Цехановского стал мультфильм «Почта» (1928), основанной на собственных иллюстрациях к книге С. Маршака, и развивающий конструктивистский метод, реализованный в книге. В 1929 году Цехановский вместе с Евгением Шолпо и Арсением Авраамовым стоял у истоков «рисованного звука» — синтезирования музыкальных произведений посредством графического изображения звуковых дорожек на киноплёнке.
В 1930 году вышла озвученная версия «Почты» (композитор Владимир Дешевов, конферанс Даниила Хармса), ставшая первым советским звуковым мультфильмом. Также «Почта» стала первым советским мультфильмом, имевшим широкую аудиторию, первым советским мультфильмом, широко показывавшимся за рубежом, а раскрашенная вручную версия стала первым советским цветным фильмом. Также новизной фильма стали неожиданные диагональные ракурсы и ритмическая, синхронизированная со звуком, организация рисунка. Экспериментальный звуковой фильм «Пасифик 231» (1931 год, 10 мин.) на музыку Артюра Онеггера использовал идею полной синхронности звука и изображения в изощрённой визуальной-звуковой композиции, включающей монтаж съёмок действий дирижёра и оркестра, сопоставляемых с движениями составных частей паровоза.
Мультфильм «Сказка о попе и его работнике Балде» по сказке А. С. Пушкина должен был стать первым полнометражным фильмом Цехановского и пятым фильмом, музыку к которому писал Дмитрий Шостакович. Работа над фильмом началась в 1933 году, Шостакович написал часть партитуры в 1933—1934 годах, в ноябре 1934 года композитор писал «Масса острых, гиперболических положений, гротескных персонажей… Писать музыку легко и весело». В 1936 году Шостакович был вынужден остановить работу после появления статьи «Сумбур вместо музыки», критикующей «формализм» в работах композитора. Также возникали организационные проблемы на киностудии, а механически взаимосвязанные движения чёрно-белых персонажей представлялись критиками противоречащими «высокому стилю пушкинской сказки». В конце концов, анимация к фильму была отснята почти полностью, и сдана на хранение в архив Ленфильма, где была уничтожена в пожаре, вызванном бомбардировкой Ленинграда в начале Великой отечественной войны в 1941 году. Из полнометражного фильма сохранился лишь шестиминутный фрагмент «Базар» со стихами Александра Введенского и недописанная и разрозненная партитура Шостаковича, восстановленная и дописанная учеником композитора Вадимом Биберганом в 2005 году. Цехановский в своих дневниках называл судьбу картины «катастрофой».