Michael Welch débute sa carrière à l’âge de 11 ans, en faisant quelques apparitions dans des séries bien connues de l’époque, telles que Frasier ou Chicago Hope . En 1998, il obtient un petit rôle dans le film Star Trek Insurrection.

De 1998 à 2003, il papillonne de séries en séries, le temps d’un ou deux épisodes (7 à la maison, X-Files : Aux frontières du réel, Malcolm ,…) et participe à quelques téléfilms et films, dans des rôles assez mineurs. De 2001 à 2002, il incarne également la voix américaine de Pinnochio dans "Disney's tous en boîte". Mais la maturité prenant les devants, sa voix devient trop grave, et il doit arrêter l’aventure. Ceci le pousse alors à tenter d’autres expériences de doublage avec les séries animées Fillmore! ou Hé Arnold !.

En 2003, il décroche un rôle régulier dans la série Le Monde de Joan, dans laquelle il incarne pendant deux ans, Luke Girardi. Après l’annulation de la série, Michael Welch enchaîne de nouveau les petits rôles dans diverses séries parmi lesquelles Les Experts ou NCIS : Enquêtes spéciales.

En 2008, il décroche le rôle de l’humain Mike Newton, jeune garçon enthousiasmé par l’arrivée de Bella dans son lycée dans Twilight - Chapitre 1 : fascination. En arrivant dans cette franchise, Michael Welch s’assure alors une participation aux quatre volets de la saga de 2008 à 2011, bien que son personnage perde de son importance au fil des films. Néanmoins, le succès que rencontre Twilight lui permet de revenir sur le devant de la scène et de travailler sur de nouveaux projets, comme My Suicide.