Сын боярина Федора Никитича Романова (впоследствии — Патриарха Московского Филарета) и боярыни Ксении Ивановны Романовой (урождённой Шестовой). Приходился двоюродным племянником последнему русскому царю из московской ветви династии Рюриковичей, Фёдору I Иоанновичу (сыну Ивана IV Грозного). Борьба за власть многочисленных претендентов на трон в Смутное время сопровождалась ссылками на их причастность к успехам правления Федора, а родство с ним Михаила Романова стало главной причиной избрания его на царство в 1613 г.
При Борисе Годунове Романовы подверглись опале. В 1600 году начался розыск по доносу дворянина Бертенева, служившего казначеем у Александра Романова — дяди будущего царя. Бертенев донес, что Романовы хранят у себя в казне волшебные коренья, намереваясь «испортить» (умертвить колдовством) царскую семью. Из дневника польского посольства следует, что отряд царских стрельцов совершил вооруженное нападение на подворье Романовых. 26 октября 1600 г. братья Романовы были арестованы. Сыновья Никиты Романовича: Фёдор, Александр, Михаил, Иван и Василий были пострижены в монахи и сосланы в Сибирь в 1601 г., где большинство из них погибли.
В 1605 году Лжедмитрий I, желая на деле доказать родство с домом Романовых, вернул из ссылки оставшихся в живых членов фамилии. Были возвращены Фёдор Никитич (в монашестве Филарет) с женой Ксенией Ивановной (в монашестве Марфа) и детьми, и Иван Никитич. С осени 1602 года Михаил несколько лет жил в Клинах (ныне Владимирская область, Юрьев-Польский район), в имении своего дяди Ивана Никитича, а после свержения Шуйского и прихода к власти Семибоярщины оказался в Москве, где и находился всё то время, пока город осаждали русские ополченцы.
Зимой 1612 года Марфа Ивановна с сыном Михаилом жили в своей костромской вотчине Романовых, селе Домнине (читайте о подвиге Ивана Сусанина), а затем укрывались от преследования польско-литовских отрядов в Ипатьевском монастыре в Костроме.
13 марта 1613 года послы от Земского собора, избравшего 16-летнего Михаила царём, во главе с архиепископом Рязанским Феодоритом, келарём Троице-Сергиева монастыря Авраамием Палицыным и боярином Фёдором Ивановичем Шереметевым прибыли в Кострому; 14 марта они были приняты в Ипатьевском монастыре с решением Земского собора об избрании Михаила Фёдоровича на московский престол.11 (21) июля 1613 года в Успенском соборе Московского Кремля состоялось венчание Михаила на царство, ознаменовавшее основание новой правящей династии Романовых.
После освобождения в 1619 году из польского плена патриарха Филарета, фактически стал соправителем сына-царя. Государственные грамоты того времени писались от имени царя и патриарха.
Первые годы правления царя Михаила Феодоровича представляют много темного и загадочного. Сам царь был слишком молод; стоявшая рядом с ним его мать «великая старица» Марфа Ивановна пользовалась влиянием на дворцовые дела и не вмешивалась в государственные; постоянный земский собор, не прекращавший своих заседаний с 1613 до 1619 г. решал и обсуждал лишь те дела, которые ему предлагались от имени царя. Боярская дума, царский совет, который, по преданию, взял с царя Михаила ограничительную запись, но для всякого знакомого с документами той эпохи очевидно, что высший правительственный авторитет в то время принадлежал царю совокупно с земским собором; правительственное же значение думы незаметно между «царским указом» и «Всея земли приговором».Нельзя указать среди личного состава думы и таких бояр, которые помимо своего учреждения имели бы вес и значение в правительстве. Таким образом неизвестна правительственная программа.
По официальному рассказу, когда совершилось поставление Филарета, он со всеми прочими иерархами явился к царю и указал ему на ряд неустройств в государственных делах. Его указания очень метко характеризовали слабые стороны тогдашнего управления. Правительство не знало в точности служебных сил и налогоспособности населения, не везде одинаково пострадавшего от смуты. Поэтому служебное и податное бремя не могло быть равномерно распределяемо между служившими и платившими, и возможны были со стороны населения уклонения от повинностей, а со стороны администрации вопиющие злоупотребления. Все это мешало правильному устройству дел, и государь с патриархом приговорили учинить собор «о всех статьях».
Постановление земского собора по этому предмету имеет характер целой правительственной программы, преследующей определенные задачи: правильно устроить службы с поместий, составить точные кадастровые описи земель и на их основании достигнуть правильности податного обложения, привести в известность как наличные средства казны, так и будущие ее ресурсы, для составления общей росписи доходов и расходов; принять действительные меры к пресечению злоупотреблений, препятствующих водворению порядка в стране. Все эти меры явно клонились к той цели, чтобы увеличить средства наиболее правильным и легким для населения способом.
Вся последующая деятельность московского правительства времени царя Михаила Феодоровича вытекала из этого соборного приговора 1619 г. о том, «как земля устроити», а этот приговор был вызван докладными «статьями» патриарха. Таким образом Филарет с первой же минуты возвращения своего стал руководителем московской политики и сохранил такое значение на все время своего патриаршества. Приказные книги и грамоты тех лет дают много указаний на это. Переписка патриарха-отца с сыном-государем обнаруживает всю силу влияния патриарха на ход московских дел, и крупных и мелких.
В царствование Михаила Фёдоровича были прекращены войны со Швецией (Столбовский мир 1617, по которому России были возвращены Новгородские земли) и Польшей (1634), возобновлены отношения с иностранными державами.
В 1621 году специально для царя дьяки Посольского приказа стали готовить первую русскую газету — «Вестовые письма».
В 1631—1634 годы осуществлена организация полков «нового строя» (рейтарского, драгунского, солдатского).
В 1632 году Андрей Виниус с разрешения Михаила Фёдоровича основал первые чугуноплавильные, железоделательные и оружейные заводы близ Тулы.
Скончался 13 июля 1645 года от водяной болезни неизвестного происхождения в возрасте 49 лет. Похоронен в Архангельском соборе Московского Кремля.
Итоги правления
Заключение «вечного мира» со Швецией (Столбовский мир 1617 г.). Границы, установленные Столбовским миром, сохранялись до начала Северной войны 1700—1721 г. Несмотря на потерю выхода к Балтийскому морю, возвращены большие территории, ранее завоёванные Швецией. Также Россия должна была выплатить большую по тому времени контрибуцию в 20000 рублей.Деулинское перемирие (1618 г.), а затем «вечный мир» с Речью Посполитой (Поляновский мир 1634 г.). Польша и Литва сохранили за собой Смоленск и Северскую землю, но зато польский король и великий князь литовский Владислав IV отказался от притязаний на русский престол.
Установление прочной централизованной власти на всей территории страны посредством назначения воевод и старост на местах.Для определения размера налогов по всей стране была произведена точная опись всех поместных земель. Был учрежден особый «приказ» (канцелярия) для приёма и разбора жалоб от населения «на обиды сильных людей».Преодоление тяжелейших последствий Смутного времени, восстановление нормального хозяйства и торговли.Присоединение к России земель по Яику, Прибайкалья, Якутии, выход к Тихому океану.Реорганизация армии (1631—1634 г.). Создание полков «нового строя»: рейтарского, драгунского, солдатского.Основание первого железоделательного завода под Тулой (1632 г.).Основание Немецкой слободы в Москве — поселения иностранных инженеров и военных специалистов. Менее чем через 100 лет многие жители «Кукуя» сыграют важную роль в реформах Петра I Великого.Начало светской живописи в России: по государеву указу 26 июля 1643 г. на службу в Оружейную палату был принят житель Ругодива живописного дела мастер Иоанн Детерс, который обучал живописи русских учеников.