Michael Verhoeven wurde 1938 in Berlin als Sohn einer Theaterfamilie geboren: Seine Mutter war die Schauspielerin Doris Kiesow, sein Vater der Schauspieler, Theater- und Filmregisseur Paul Verhoeven (nicht zu verwechseln mit dem gleichnamigen niederländischen Filmregisseur). Auch seine ältere Schwester Lis Verhoeven, die später Mario Adorf heiratete, ist Schauspielerin. Michael selbst stand mit 13 Jahren das erste Mal auf der Bühne, in "Pünktchen und Anton". Seine erste Filmrolle spielte er ebenfalls in einer Kästner-Adaption: "Das fliegende Klassenzimmer" (1953). In den Folgejahren trat er unter anderem bei Hans Deppe, Helmut Käutner und zweimal er an der Seite von Heinz Rühmann auf, in "Der Pauker" (1958) und, unter der Regie seines Vaters, in "Der Jugendrichter" (1960).

Die familiäre Vorbelastung und insbesondere die Vaterfigur waren übermächtig. Michael Verhoeven brach auf seine Weise aus und entschied sich zunächst für den Arztberuf. Er absolvierte nach dem Abitur 1957 ein Medizinstudium in München, Berlin und Homburg, dass er 1969 mit einer Promotion zur "Psychiatrischen Maskierung von Gehirntumoren" abschloss. Zugleich arbeitete er als Schauspieler weiter und begegnete 1963 bei den Dreharbeiten zu "Jack und Jenny" seiner großen Liebe Senta Berger, die sich gerade auf dem Sprung nach Hollywood befand. Die beiden pendelten einige Jahre zwischen Deutschland und den USA, wo Verhoeven als Arzt praktizierte. Sie heirateten 1966 und gründeten gemeinsam die Sentana Filmproduktion. 1967 debütierte Verhoeven als Filmregisseur mit "Paarungen", einer Adaption des Strindberg-Stückes "Totentanz", in dem er die Rollen vertauschte und nun mit seinem Vater als Darsteller arbeitete. Den Versuch, zugleich Arzt und Regisseur zu sein, gab er erst 1973 endgültig auf.

Verhoeven nimmt eine eigentümliche Sonderstellung ein. Er begann in den 1960er Jahren als unabhängiger Filmemacher und wurde doch nie wirklich zum "Neuen Deutschen Film" gezählt – obgleich er die im Oberhauser Manifest propagierte Auflehnung gegen "Papas Kino" teilte (für das sein eigener Vater gewissermaßen ein Repräsentant war). Kaum ein anderer Regisseur hat so konsequent und direkt wie er immer wieder politische Themen auf die Leinwand gebracht, sich dabei vor allem mit dem Nationalsozialismus auseinandergesetzt und mit seinen Filmen wiederholt Diskussionen oder sogar Skandale ausgelöst. Dennoch haftet ihm hartnäckig der Ruf eines "bürgerlichen" Regisseurs an, der seine Sujets in allgemein humanistischer, aufklärerischer Weise behandelt. Ein Grund mag darin liegen, dass er sich gerade als autonomer Produzent auch mit kommerziellen Rahmenbedingungen arrangierte; ein anderer in seiner Nähe zum traditionellen Theater. Auf die für ihn zentrale Rolle des professionellen Schauspielers bezog sich seine von ihm selbst formulierte Abgrenzung vom "Dilettantismus" mancher Jungfilmer.

Nach seinem Debüt drehte Verhoeven zunächst zwei Auftragsarbeiten für Rob Houwer, "Engelchen macht weiter - hoppe, hoppe Reiter" (1968) und "Der Bettenstudent" (1969), die als freizügige "Schwabing-Lustspiele" den Filmen von May Spils verwandt sind. Mit dem Lehrstück "O.K.", das im Stile des epischen Theaters ein authentisches Ereignis aus dem Vietnamkrieg in den Bayerischen Wald verlegt, sprengte er 1970 den Wettbewerb der Berlinale, der wegen Konflikten zwischen der amerikanischen Delegation und beteiligten Regisseuren schließlich abgebrochen wurde. Auch sein Kurzfilm "Tische" (1970) befasste sich mit dem Vietnamkrieg.

Mit "Die weiße Rose" (1982) drehte er den ersten großen Film über Widerstandskämpfer im Dritten Reich und bewirkte durch einen heiß debattierten Rechtsstreit um den Filmnachspann, dass die Urteile des damaligen "Volksgerichtshofs" offiziell aufgehoben wurden. In "Das schreckliche Mädchen", der 1991 für einen Oscar als bester ausländischer Film nominiert wurde, zeigt er wenige Jahre später eine Schülerin, die über die NS-Vergangenheit ihrer Heimatstadt recherchiert und deshalb angefeindet wird (in der Hauptrolle wiederum Lena Stolze). Verhoeven definiert sich als Antinationalist, aber zugleich Regisseur mit "deutschen" Themen, der im konkreten örtlichen Bezug das Allgemeingültige sichtbar machen will, wobei er häufig lokale Elemente wie Mundart verwendet.

Auffällig oft sind widerständige Frauen seine Hauptfiguren. So auch in seinem bislang letzten Kinofilm "Mutters Courage" (1994), der seine filmische Beschäftigung mit dem Nationalsozialismus fortsetzt. Er adaptierte hier eine Vorlage von George Tabori, den er vom Theater her kannte und über den er 1999 ein dokumentarisches Fernsehporträt drehte. Zwischenzeitlich inszenierte er Brecht und Horvath an den Münchner Kammerspielen, ab 1970 arbeitete er kontinuierlich auch für das Fernsehen. Er drehte "Tatort"-Folgen und Fernsehfilme wie "Schlaraffenland", der 1990 unmittelbar und zugleich kritisch auf die deutsche Wiedervereinigung reagierte. Mit Senta Berger in der Hauptrolle realisierte er die populäre Serie "Die schnelle Gerdi" (1988) über eine Münchner Taxifahrerin, 2003 die Fortsetzung "Die schnelle Gerdi und die Hauptstadt".

Michael Verhoeven und Senta Berger sind inzwischen rund 40 Jahre verheiratet. Sie haben zwei Söhne, Simon Verhoeven und Luca Verhoeven, die ebenfalls als Schauspieler arbeiten; ebenso die Nichte Stella Adorf. Über die sich fortsetzende "Dynastie" drehte Felix Möller 2003 den Dokumentarfilm "Die Verhoevens". Michael Verhoeven selbst, der von der Filmliteratur wenig beachtet wird, hat unter dem Titel "Paul, ich und wir" 2006 ein Buch über seine Familie veröffentlicht. Er ist Mitbegründer der Deutschen Filmakademie und Träger zahlreicher Filmpreise wie auch politischer Auszeichnungen, darunter die vom Zentralrat der Juden verliehene Josef-Neuberger-Medaille (1997), das Bundesverdienstkreuz (1999) und der Bayerische Verdienstorden (2002).