Сын князя Ивана Михайловича Воротынского (старшего), последний владетель Воротынского княжества. После смерти Михаила Ивановича в 1573 году княжество было упразднено, а земли отошли к Царству Русскому.
Был одним из приближённых Ивана Грозного. Возглавлял войска в противостояние с Крымским ханством, руководил строительством оборонительных сооружений. Изображён в числе 109 других выдающихся людей русских на памятнике «Тысячелетие России» .
- 1544 — воевода большого полка и наместник в Калуге.
Один из руководителей Казанских походов 1545—1552:
- 1547 — воевода полка правой руки
- 1549 — воевода левой руки в Ярославле.
- 1552 — воевода большого полка
За взятие Казани включён в состав ближней думы царя.
Походы против Крымского ханства:
- 1553 — воевода большого полка в Коломне
- 1563 — ссылка в Белоозеро из-за близости к князьям Вешневецкому, Бельскому, Алексею Адашеву
- 1565 — воевода большого полка, возвратили Одоевский удел
- 1566 — вместе с князьями Мстиславским и Бельским руководил Боярской думой перед Земским собором
- 1567 — Поход против Крымского ханства
- 1571 — Боярский приговор о станичной и сторожевой службе
- 1572 — разгромил крымского хана Девлет-Гирея в битве при Молодях.
В 1571 году составляет Устав о станичной и сторожевой службе.
Существует версия, основанная на «Истории» князя Андрея Курбского, что спустя 10 месяцев после Молодинской битвы князь М. Воротынский был по доносу холопа обвинён в намерении околдовать царя. Царь якобы лично рвал бороду Воротынскому и подсыпал угли к бокам 63-летнего князя. Измученного пытками Михаила Воротынского отправили в Кирилло-Белозерский монастырь, а по дороге он умер. Однако имя князя не упоминается в «Синодике опальных».
