Bay begon zijn carrière in de filmindustrie toen hij op zijn vijftiende stage liep bij George Lucas, waar hij de storyboards invulde voor Raiders of the Lost Ark, waarvan hij dacht dat het een vreselijke film zou worden. Zijn mening veranderde nadat hij de film in de bioscoop had gezien en hij was zo onder de indruk van de ervaring dat hij besloot filmregisseur te worden. Hij studeerde af aan Wesleyan University in 1986, met als hoofdvakken Engels en Film. Hij was lid van de Psi Upsilon broederschap en een favoriete student van filmhistorica Jeanine Basinger. Voor zijn afstuderen ging hij naar het Art Center College of Design in Pasadena waar hij ook film studeerde. []
Michael Bay begon te werken bij Propaganda Films, waar hij commercials en muziekvideo's regisseerde, twee weken nadat hij zijn postdoctorale graad had behaald. Zijn 90 seconden durende, op de Tweede Wereldoorlog geïnspireerde Coca-Cola reclame werd opgepikt door Capitol Records. Zijn eerste nationale reclamespot voor het Rode Kruis won een Clio Award in 1992.
Bay's succes in muziekvideo's trok de aandacht van producenten Jerry Bruckheimer en Don Simpson, die hem uitkozen om zijn eerste lange speelfilm, Bad Boys, te regisseren. De film werd opgenomen in Miami in 1994 en had Will Smith en Martin Lawrence in de hoofdrollen. De actiefilm bleek een baanbrekende rol voor Smith, die op dat moment de overstap maakte van televisie naar films. De opnames in Miami waren een goede ervaring voor Bay, die later een huis in de stad zou bezitten en er veel tijd zou doorbrengen. De film werd voltooid voor $19 miljoen en bracht in de zomer van 1995 een opmerkelijke $141 miljoen op aan de kassa's. Bay's succes leidde tot een sterke samenwerking en vriendschap met Jerry Bruckheimer.
Zijn vervolgfilm, The Rock (1996), was een actiefilm die zich afspeelde op het eiland Alcatraz, en in het gebied van de baai van San Francisco. De hoofdrollen waren weggelegd voor Sean Connery, Nicolas Cage en Ed Harris. De film werd ook geproduceerd door Jerry Bruckheimer en Don Simpson, van wie de laatste vijf maanden voor de release van de film overleed. De film is aan hem opgedragen. Connery en Cage wonnen 'Best On-Screen Duo' op de MTV Movie Awards in 1997 en de film werd genomineerd voor een Academy Award in de categorie Best Achievement in Sound voor het werk van Greg P. Russell, Kevin O'Connell, en Keith A. Wester.
In 1998 werkte Bay opnieuw samen met Jerry Bruckheimer, ditmaal als coproducent en als regisseur van de actie-avonturenfilm Armageddon. De film, over een groep stoere olieboorders die door NASA worden gestuurd om een asteroïde af te buigen van een ramkoers met de aarde, met Bruce Willis, Billy Bob Thornton, Ben Affleck en Liv Tyler in de hoofdrollen. De film werd genomineerd voor 4 Oscars bij de 71e Academy Awards waaronder Best Sound, Best Visual Effects, Best Sound Editing, en Best Original Song. De film verdiende 9,6 miljoen dollar op de openingsdag en een totaal van 36,5 miljoen in het eerste weekend. Het productiebudget, 140 miljoen dollar, was een van de hoogste van de zomer van 1998. Armageddon bracht wereldwijd meer dan 553 miljoen dollar op.
Latere carrière
In 2001, regisseerde Bay Pearl Harbor. In de hoofdrollen speelden Ben Affleck, Josh Hartnett, Kate Beckinsale en Cuba Gooding, Jr. De film werd uitgebracht op Memorial Day weekend in 2001. Bay produceerde de film opnieuw met Jerry Bruckheimer. De film kreeg vier Academy Award-nominaties, waaronder Best Sound, Best Visual Effects, Best Sound Editing en Best Song. Kevin O'Connell kreeg opnieuw een nominatie voor Beste Geluid, maar hij won niet. Pearl Harbor won in de categorie voor Geluidsbewerking. Michael Bay regisseerde ook de videoclip voor het genomineerde nummer "There You'll Be" van zangeres Faith Hill. Ondanks alle kritiek die Michael Bay door de film had gekregen, bleef Pearl Harbor steken in de lijst van grote kaskrakers, omdat het een plot had waarmee de kijkers, vooral het jonge publiek, zich kunnen identificeren, en speciale effecten die de film zeer realistisch maakten.
Bay werkte opnieuw samen met Will Smith en Martin Lawrence voor Bad Boys II, een gebeurtenis die ook Bay's vijfde samenwerking met Jerry Bruckheimer betekende. De film bracht in eigen land 138 miljoen dollar op, genoeg om het productiebudget te dekken, en wereldwijd 273 miljoen dollar, bijna twee keer zoveel als de eerste film.
In 2005 regisseerde Bay The Island, een science-fictionfilm met Ewan McGregor en Scarlett Johansson in de hoofdrollen. Het was de eerste film die Michael Bay maakte zonder Jerry Bruckheimer. The Island kostte 126 miljoen dollar om te produceren. Het leverde in eigen land $46 miljoen op en wereldwijd $172 miljoen. Bay verklaarde dat hij zich niet op zijn gemak voelde bij de binnenlandse marketingcampagne, omdat die het publiek in verwarring bracht over het werkelijke onderwerp van de film.
In 2007 regisseerde hij Transformers, een live-actiefilm gebaseerd op de Transformers-franchise, en produceerde hij samen met Steven Spielberg. De film werd uitgebracht in de VS en Canada op 3 juli 2007, met voorvertoningen om 20.00 uur op 2 juli. De voorvertoningen leverden 8,8 miljoen dollar op, en op de eerste dag van de algemene release bracht de film 27,8 miljoen dollar op, een record voor dinsdag box office. Het brak het record van Spider-Man 2 voor de grootste 4 juli brutowinst, met 29 miljoen dollar. In het openingsweekend bracht Transformers 70,5 miljoen dollar op, wat neerkomt op een openingsweek van 155,4 miljoen dollar, waarmee het het record vestigde voor de grootste openingsweek voor een niet-sequel. In november 2007 heeft de film in eigen land meer dan 319 miljoen dollar opgebracht en wereldwijd meer dan 708 miljoen dollar.
Bay keerde terug als regisseur en uitvoerend producent voor Transformers: Revenge of the Fallen, dat werd uitgebracht op 24 juni 2009 en wereldwijd meer dan 832 miljoen dollar opbracht. Hoewel de film overwegend negatieve kritieken kreeg van critici, waaronder agressief kritische kritieken van Amerikaanse filmcritici als Roger Ebert, Michael Phillips en David Denby (die Bay "verbluffend, bijna venijnig, ongetalenteerd" noemden), werd de film goed ontvangen door het beoogde publiek en was het een van de best verdienende films van 2009. In 2010 kreeg de film zeven Golden RaspberryAward-nominaties en won er drie: Worst Picture, Worst Director en Worst Screenplay.
Bay regisseerde Transformers: Dark of the Moon, uitgebracht op 28 juni 2011. Mogelijk regisseert hij een vervolg op de Bad Boys-franchise of een "kleine" film die hij al jaren ontwikkelt en die voorlopig Pain & Gain wordt genoemd. Het waargebeurde misdaadverhaal, gebaseerd op gebeurtenissen beschreven in een Miami Herald artikel geschreven door Pete Collins, gaat over een groep stuntelende bodybuilders die samenwerken om een overval te plegen.
Bay produceerde DreamWorks' I Am Number Four, gebaseerd op een serie romans van Pittacus Lore uitgegeven door HarperCollins Children's Books. D.J. Caruso (Eagle Eye, Disturbia) regisseerde.
