Cresce facendo avanti e indietro tra il Kentucky e l'Illinois, per via della diversa residenza dei genitori (la madre avvocato e il padre professore universitario divorziano quando lui è ancora piccolo), ma le sue idee sono chiare fin da subito. Già durante gli anni del liceo Michael Corbett Shannon muove i primi passi nel mondo dello spettacolo iniziando a recitare in teatro a Chicago. Per molti anni si esibisce esclusivamente sul palcoscenico negli Stati Uniti. Trascorre successivamente un anno nel vecchio continente trasferendosi a Londra e lavorando per alcuni allestimenti teatrali del West End. L'esordio cinematografico arriva nel 1992 con un piccolissimo ruolo in un film memorabile, quel Ricomincio da capo di Harold Ramis che è uno degli apici della carriera di Bill Murray.
La gavetta in piccoli ruoli continua per qualche tempo (Reazione a catena, Pearl Harbor, 8 Mile) ma il suo nome comincia a comparire nelle agende dei grandi registi. Una svolta significativa giunge quando viene scritturato per Vanilla Sky (2001) di Cameron Crowe e per High Crimes - Crimini di stato (2002). In questo periodo fonda anche una folk/rock band di nome Corporal di cui è chitarrista, cantante e autore dei testi. Nel 2006 è il protagonista di Bug, firmato William Friedkin, versione cinematografica dell'omonima opera teatrale che Shannon aveva già portato sul palcoscenico. In questa occasione emerge una particolare attitudine ai ruoli da psicopatico, grazie anche a quello sguardo un po’ spiritato che possiede. Gli ingaggi si fanno più corposi. È nel cast di World Trade Center (2006) di Oliver Stone, Onora il padre e la madre (2007) di Sidney Lumet e, soprattutto, straordinaria è la sua interpretazione in Revolutionary Road (2008) di Sam Mendes che gli vale una candidatura all'Oscar come miglior attore non protagonista.
Nel 2009 il regista Werner Herzog lo sceglie per il ruolo principale del suo My Son My Son What Have Ye Done. Prende parte ad alcuni film che non ottengono un grande riscontro tra il pubblico come The Runaways (2010), Jonah Hex (2010) e 13 (2011), ma ritorna a una performance encomiabile in Take Shelter (2011) grazie all’amico regista Jeff Nichols (con cui ha già girato Shotgun Stories nel 2007) che lo richiama immediatamente per Mud (2012). Oltre a farsi apprezzare in ruoli sulla carta non particolarmente significativi che lui però riesce a valorizzare, come il poliziotto corrotto di Senza freni (2012), è la serie Boardwalk Empire ad offrirgli una grande vetrina per dal 2010 al 2014. Interpreta in seguito il mafioso Richard Kuklinski in The Iceman, film del 2012 uscito in Italia nel 2014, ed è lui a dare il volto all’antagonista di Superman, il Generale Zod ne L’uomo d’acciaio (2013).
Michael Shannon ha due figlie avute con la compagna Kate Arrington e vive a Brooklyn (New York). L’attore è nel cast di due film circolati in Festival italiani, She’s Funny That Way (a Venezia) e 99 Homes (al Festival di Roma) di prossima uscita in sala. Lo vedremo nuovamente diretto da Jeff Nichols in Midnight Special e nei panni del Re del Rock’n’Roll in Elvis & Nixon.