Acteur de théâtre à ses débuts, Michael York rejoint rapidement le National Theatre de Londres, dirigé par Laurence Olivier. Repéré en 1967 dans La Mégère apprivoisée de Franco Zeffirelli, puis dans Roméo et Juliette du même réalisateur un an plus tard, l'acteur tourne pour Philippe de Broca dans La Poudre d'escampette (1971) puis fait partie du Cabaret de Bob Fosse en 1973.

Spécialiste des grands films d'aventure, Michael York est D'Artagnan dans Les Trois Mousquetaires version Richard Lester (1973) et dans sa suite, On l'appelait Milady toujours signé Richard Lester (1974). Suspect du Le Crime de l'Orient-Express de Sidney Lumet en 1974, condamné à mort dans le film de science-fiction L'Age de cristal deux plus tard, l'acteur fait partie de L'Ile du Docteur Moreau de Don Taylor en 1977, puis se moque de son image de baroudeur dans le parodique Mon Beau légionnaire de Marty Feldman (1977).

Un an plus tard, Michael York tient son propre rôle dans Fedora réalisé par Billy Wilder et participe en 1983 au drame de Robert Enrico, Au nom de tous les miens. Multipliant les apparitions télévisuelles dans les téléfilms ou les séries, le comédien s'éloigne petit à petit du grand écran. On le voit encore reprendre son rôle de D'Artagnan en 1989 pour Le Retour des mousquetaires à nouveau réalisé par Richard Lester et tenir le rôle récurrent du patron de l'espion gaffeur Mike Myers dans Austin Powers (1997), Austin Powers - l'espion qui m'a tirée (1999) et Austin Powers dans Goldmember (2002).