Михаил Василенко родился 14 апреля 1960 года в городе Железноводске (Ставропольский край) в профессиональной семьи военных в седьмом поколении.
В 1977—1981 годах он с отличием окончил Ленинградское высшее ордена Ленина Краснознаменное училище железнодорожных войск и военных сообщений им. М. В. Фрунзе по специальности «инженер по эксплуатации воздушного транспорта».
В 1981—1983 годах он был военным комендантом аэропорта «Кабул», в 1983—1989 гг. — военным комендантом аэропорта «Ташкент».
В 1989—1992 годах М. М. Василенко окончил Военную ордена Ленина академию тыла и транспорта с золотой медалью.
С 1992 по 1998 год — начальник военных сообщений на воздушных трассах республик Коми, Татарстан, Башкортостан и Приволжского управления гражданской авиации.
С 1998 по 2000 год работал заместителем директора по корпоративным вопросам ОАО «Международный аэропорт Самара», а затем — генеральным директором дочернего предприятия Международного аэропорта Самары.
С 2000 по 2003 год М. М. Василенко был вице-президентом группы компаний Авиация Самары.
В 2003—2004 годах — директор по развитию бизнеса ООО «Frans Maas».
В декабре 2004 года назначен заместителем генерального директора ОАО МАШ по коммерческим вопросам.
11 мая 2005 года совет директоров ОАО «Международный аэропорт Шереметьево» утвердил кандидатуру М. М. Василенко на пост генерального директора по предложению его председателя, министра транспорта РФ Игоря Левитина.
В рейтинге высших руководителей — 2010 газеты «Коммерсантъ» занял III место в номинации «Транспорт».