Происхождение
М. П. Толстой из шестого поколения графской ветви обширного рода Толстых, где были и просто дворяне и титулованные дворяне.
Первый граф в роду Толстых — это известный сподвижник Петра Первого Пётр Андреевич Толстой (1645—1729).
М. П. Толстой праправнук сына Петра Андреевича — полковника графа Петра Петровича Толстого и его жены Ульяны Ивановны (дочери гетмана Скоропадского).
Их сын — майор граф Александр Петрович Толстой (1719—1792) (прадед М. П. Толстого) был женат на Евдокии Львовне Измайловой (1731—1794) (прабабушка М. П. Толстого) и имел сыновей — тайного советника графа Дмитрия Александровича (1754—1832) (дед М. П. Толстого) и генерал-губернатора Петербурга графа Петра Александровича, героя войны 1812 года.
М. П. Толстой — внук графа Дмитрия Александровича Толстого и его жены Екатерины Александровны (урождённой княжны Вяземской). Таким образом М. П. Толстой — потомок Рюрика по женской линии, так как князья Вяземские — прямые потомки Рюрика.
Родители
Отец — тайный советник граф Павел Дмитриевич Толстой (1797—1875). Окончил Пажеский корпус и в 1818 году был определен в Гренадерский полк Его Величества короля Прусского. Вскоре он был переведен оттуда в Лейб-гвардии Преображенский полк, позднее в чине полковника — в Лейб-гвардии Семеновский полк, где в 1828 году командовал 1-м батальоном. После перевелся в пехотный полк, затем числился на гражданской службе: в декабре 1836 года он упоминается как действительный статский советник в отставке, позднее — тайный советник. С 1834 года он был камергером, с 1855 года — гофмаршалом двора принца Петра Ольденбургского. Имел многочисленные награды, в том числе ордена Св. Станислава 1-й ст. (1843), Св. Анны 1-й ст. (1848), Белого Орла (1856) и Св. Александра Невского (1856).
Мать — графиня Софья Егоровна Толстая, урождённая баронесса Аретин.
Родители М. П. Толстого были друзьями семьи поэта Ф. И. Тютчева и его второй жены Эрнестины.
Родственники
Граф М. П. Толстой и граф Лев Николаевич Толстой — пятиюродные братья.
С писателем и поэтом графом Алексеем Константиновичем Толстым он тоже пятиюродный брат. При этом Лев Николаевич Толстой и Алексей Константинович Толстой — троюродные братья.
Граф М. П. Толстой — четвероюродный племянник знаменитого художника и медальера графа Фёдора Петровича Толстого.
Граф М. П. Толстой — троюродный внук сенатора и знаменитого библиофила, чья коллекция старопечатных книг и древних рукописей составляет основу Российской Национальной (Публичной) библиотеки, графа Фёдора Андреевича Толстого.
Граф М. П. Толстой — четвероюродный племянник знаменитого путешественника, авантюриста, дуэлянта и картёжника, приятеля Пушкина, графа Фёдора Ивановича Толстого-Американца.
Начало военной службы
Воспитывался в Пажеском корпусе. Ещё в 1829 году, задолго до поступления графа М. П. Толстого были изданы правила о порядке зачисления в пажи и определения в Пажеский корпус, причем право просить о зачислении малолетних сыновей в пажи было предоставлено сначала лицам первых четырех классов, а затем — первых трех или же представителям фамилий, занесенных в пятую и шестую части родословных книг (титулованное и древнее дворянство). Как и все воспитанники Пажеского корпуса граф М. П. Толстой в период обучения считался причисленным к Императорскому Двору и систематически нёс обязанности придворной службы, главным образом во время официальных церемоний, где присутствие пажей было обязательным по протоколу.