Natural de Chicago, donde nació en 1958, Michael Madsen se ha ido especializando en papeles de tipo duro y villano. Tras dejar su empleo como ayudante de prospección en una plataforma petrolífera, se unió a la legendaria compañía teatral Steppenwolf Theatre Trouppe. Sus primeros papeles en el cine y la televisión llegaron allá por 1982, pero tuvo que esperar más de 5 años hasta conseguir un papel de cierto nivel, concretamente en Kill Me Again, del director John Dahl. 

Su carrera despegó cuando enfiló de golpe The Doors, de Oliver Stone, Thelma y Louise, de Ridley Scott y, sobretodo, Reservoir Dogs, de Quentin Tarantino, donde protagonizaba una de las escenas antológicas del cine negro de todos los tiempos. 

Más tarde pasaría a hacer, para sorpresa de propios y extraños, Liberad a Willy, un film familiar cuyo éxito internacional le hizo llegar hasta un público que, por aquel entonces, no era todavía el suyo. No obstante, y como Michael Madsen nunca ha estado hambriento de fama, se ha ido dedicando desde entonces a escoger con sumo cuidado los papeles que más le gustaban. Entre ellos los de Species: Especie Mortal, de Roger Donaldson, y el que hace en Donnie Brasco, de Mike Newell, uno de sus favoritos.

Recientemente se le ha podido ver como agente del FBI en Muere otro Día, de Lee Tamahori, y en Kill Bill 1 y 2, de Quentin Tarantino, premio de consolación por haber rechazado el papel de Vincent Vega en Pulp Fiction,.al no estar disponible.

En su extensa filmografía también destacan películas como La Brigada del Sombrero, Wyatt Earp, La Huida, El Mejor, Adiós a la Inocencia, Ciudad de Corrupción, Conspiración en la Casa Blanca o El Signo del Asesino.

Michael Madsen acaba de protagonizar Red Light Runner, película en la que también desempeña labores de productor. En el 2004, Michael Madsen debutará como director con Pretty Boy, actualmente en pre-producción.

Cuando el humor se lo permite, Michael Madsen escribe poemas, habiendo publicado en el pasado varios colecciones con su lírica.