Михаил Александрович Ульянов родился 20 ноября 1927 года в селе Бергамак Муромцевского района. Окончив два курса театральной студии при Омском драматическом театре, отправился в Москву и в 1946 году поступил в Театральное училище им. Б.В.Щукина. По окончании в 1950 году училища Ульянов начал играть на сцене Театра им. Евгения Вахтангова, создав блистательную галерею разноплановых характеров, исторических личностей, и на долгие годы связав с этим театром свою творческую судьбу (в 1987 году он стал художественным руководителем).

С 1953 года Ульянов снимается в кино. Первые же работы — роли в фильмах «Они были первыми», «Дом, в котором я живу», «Добровольцы» — привлекли к талантливому актёру внимание зрителей. Большой творческой удачей Ульянова стала роль Егора Трубникова в драме «Председатель».

Знаковыми работами актёра стали, в частности, роль Дмитрия Карамазова в экранизации романа «Братья Карамазовы» (1968 год) и трагикомическая роль генерала Чарноты в «Беге» (1970 год).

Ульянов, воплотив в киноэпопее «Освобождение» (1976 год) образ маршала Георгия Жукова, сыграл эту роль ещё в 12 фильмах, обогащая портрет полководца новыми штрихами.

В 1972 году Ульянов дебютировал как режиссёр, поставив фильм «Самый последний день» (1972 год), в котором также сыграл и главную роль. Среди лучших работ Ульянова также роли в фильмах «Частная жизнь» (1982 год), «Без свидетелей» (1987 год), «Ворошиловский стрелок» (1999 год). Среди актёрских работ на телевидении наиболее крупной и художественно значимой стала роль Тевье в постановке «Тевье-молочник» (1985 год).

Одной из последних актёрских работ Михаила Ульянова стала роль Понтия Пилата в телефильме Владимира Бортко «Мастер и Маргарита» (2005).

Актерская деятельность Ульянова в течение многих лет была связана с активной общественной деятельностью. В 1986-1987 годах Ульянов занимал должности секретаря правления Союза кинематографистов СССР, в 1986-1991 годах — заместителя председателя правления Союза театральных деятелей РСФСР, в 1986-1997 годах — председателя Союза театральных деятелей СССР, затем — почетного председателя Союза театральных деятелей России.

В 1966 году Ульянову за исполнение роли Егора Трубникова в фильме «Председатель» была присуждена Ленинская премия, в 1975 году за спектакль «День-деньской» — Государственная премия РСФСР, в 1983 году за роль в фильме «Частная жизнь» — также Государственная премия СССР.

Помимо этого, Ульянов был удостоен звания Героя Социалистического Труда, награжден двумя орденами Ленина и орденом Октябрьской Революции, а также — в 1982 году на Международном кинофестивале в Венеции — награждён «Золотым львом».

В 1996 году артист был награждён орденом «За заслуги перед Отечеством» третьей степени, в 1998 году стал лауреатом премии Президента РФ в области литературы и искусства, в 1999 году — лауреатом премии деловых кругов России «Кумир» в номинации «За высокое служение искусству», в 2003 году — лауреатом Международной театральной премии им. К.С.Станиславского.