Михаил Валентинович Ковальчук родился 21 сентября 1946 года в Ленинграде.
Выпускник физического факультета Ленинградского государственного университета (1970), доктор физико-математических наук (1988), член-корреспондент РАН (2000), профессор.
С 1998 года — директор Института кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН.
С 2005 года — директор Курчатовского института.
М. В. Ковальчук — ведущий учёный в области рентгеновской физики, кристаллографии и нанодиагностки, один из идеологов и организаторов развития нанотехнологий в России. Он внёс существенный вклад в разработку государственных программ, определяющих развитие наноиндустрии в РФ.
С 2010 года — член Совета Фонда «Сколково».
М. В. Ковальчук — учёный секретарь Совета при Президенте РФ по науке, технологиям и образованию; член Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России; член правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям; член совета генеральных и главных конструкторов, ведущих учёных и специалистов в области высокотехнологичных секторов экономики; член Общественной палаты РФ.
Также Михаил Валентинович является деканом факультета нано-, био-, информационных и когнитивных технологий МФТИ; заведующим кафедрой «Физика наносистем» физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова; главным редактором журнала «Кристаллография» РАН; председателем Национального комитета кристаллографов России.
М. В. Ковальчук — председатель Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (РСНЭ); председатель Национальной конференции по росту кристаллов (НКРК). Он автор и ведущий научно-популярной телепрограммы «Истории из будущего с Михаилом Ковальчуком».
М. В. Ковальчук — действительный член Американской ассоциации содействия развитию науки (ААAS) по секции «Физика».