Petit fils de militaires, Mike Vogel se tourne naturellement vers les sports de combat quand il est adolescent. Il fait partie de l’équipe de lutte de son lycée et développe ainsi sa musculature. Son physique avantageux le pousse à s’inscrire à des castings de mannequinat. Pendant plusieurs années, il effectue donc de nombreux allers-retours entre sa Pennsylvanie natale et New York, jusqu’à ce qu’il décroche un contrat avec la célèbre marque de jeans Levi’s pour une campagne de pub. Il s’essaye en parallèle à la comédie et obtient son premier rôle en 2001 dans la sitcom Parents à tout prix. Après avoir participé à une quinzaine d’épisodes, il apparaît dans le film Grind, où il joue un passionné de skateboard. La même année, il est l’une des victimes de Massacre à la tronçonneuse puis devient le petit ami d’une des héroïnes de la saga cinématographique pour ados, Quatres filles et un jean, avant de côtoyer Jennifer Aniston et Kevin Costner dans la comédie La rumeur court…

En 2006, il joue dans le film à gros budget Poséidon et deux ans plus tard, il est l’une des stars du film fantastique Cloverfield, produit par J.J. Abrams. Sa carrière prend de l’ampleur et la télévision lui fait les yeux doux. Il participe au pilote Empire State, un Roméo et Juliette modernisé pour ABC, mais la série n’est pas commandée. Il retente sa chance avec plus de succès sur CBS dans Miami Medical. Si le show voit bien le jour, il ne dure toutefois pas longtemps. Cette année-là, en 2010, il est à l’affiche de Blue Valentine aux côtés de Michelle Williams et Ryan Gosling et il figure également dans la large distribution de La couleur des sentiments, un gros succès au box-office, multi-récompensé. L’année suivante, il voyage dans les années 60 en devenant le commandant de bord de la série Pan Am, centrée sur un groupe d’hôtesses de l’air. Après 14 épisodes, elle quitte l’antenne, mais l’acteur rebondit instantanément en rejoignant Bates Motel, un prequel télévisé de Psychose. Quelques mois plus tard, il incarne l’ancien militaire au passé trouble Dale Barbara, surnommé Barbie, dans Under The Dome. La série estivale adaptée de l’œuvre de Stephen King fait un carton sur CBS, ce qui permet à Mike Vogel de sortir enfin véritablement de l’ombre.