Né d'un père anglais et d'une mère italienne, Michael Wincott débute sa carrière d'acteur en 1979 en tournant dans Title shot, film inédit en France, aux côtés de Tony Curtis. L'acteur est diplômé en 1986 de la prestigieuse Juilliard School de New-York. Par la suite, après plusieurs apparitions dans des productions canadiennes, le frère du comédien Jeff Wincott décroche un petit rôle dans Le Sicilien de Michael Cimino (1987), puis interprète Dan, le manager de la station de radio, dans Talk Radio d'Oliver Stone. Ce dernier l'engage à nouveau en 1991 pour jouer dans Les Doors, film retraçant la vie du célèbre chanteur Jim Morrison.

Bien que cantonné dans des personnages secondaires, Michael Wincott tourne ensuite dans une multitude de super-productions hollywoodiennes. Il incarne ainsi Guy de Guisborne dans Robin des Bois, prince des voleurs (1991), Moxica dans 1492 : Christophe Colomb (1992), le perfide Rochefort dans Les Trois mousquetaires, ou encore le diabolique caïd Top Dollar dans The Crow. Chasseur de prime, il poursuit Johnny Depp dans Dead Man (1995), puis interprète le poète René Ricard dans Basquiat de Julian Schnabel (1996), avant de donner du fil à retordre à Eddie Murphy dans Le Flic de San Francisco (1997).

Jonglant entre les blokbusters et les oeuvres plus intimistes, Michael Wincott partage l'affiche d'Alien, la resurrection avec Sigourney Weaver en 1997, avant de retrouver Julian Schnabel en 2000 avec Avant la nuit, film qui retrace la vie de l'écrivain cubain Reinaldo Arenas. En 2002, il est Dorléac dans l'adaptation du roman d'Alexandre Dumas Père La Vengeance de Monte Cristo de Kevin Reynolds.

Deux ans plus tard, Michael incarne Julius Bicke aux côtés de Sean Penn dans The Assassination of Richard Nixon de Niels Mueller. En 2005, le comédien fait un tour vers le registre du western et tourne Seraphim Falls. Dans ce film de David Von Ancken, Wincott côtoie Pierce Brosnan et Liam Neeson. L'acteur fait également une apparition dans Le scaphandre et le papillon en 2007 dans le rôle d'un photographe.

Habitué aux rôles sombres, Michael Wincott change de registre en se tournant vers la comédie. Il donne ainsi la réplique à Robert De Niro et Catherine Keener dans Panique à Hollywood de Barry Levinson en 2008. Relativement peu présent sur les écrans, le comédien redevient méchant dans le biopic Hitchcock (2012) de Sacha Gervasi pour incarner Ed Gein, tueur en série qui a inspiré le personnage de Norman Bates de Psychose.