Bay fik sin start i filmindustrien som praktikant hos George Lucas, da han var 15 år gammel, hvor han lavede storyboards til Raiders of the Lost Ark, som han troede ville blive forfærdelig. Hans mening ændrede sig efter at have set filmen i biografen, og han var så imponeret over oplevelsen, at han besluttede sig for at blive filminstruktør. Han blev uddannet fra Wesleyan University i 1986 med speciale i både engelsk og film som hovedfag. Han var medlem af broderskabet Psi Upsilon og en af filmhistorikeren Jeanine Basingers yndlingsstuderende. Som kandidatstudium gik han på Art Center College of Design i Pasadena, hvor han også studerede film. []
Michael Bay begyndte at arbejde for Propaganda Films som instruktør af reklamefilm og musikvideoer to uger efter at have afsluttet sin kandidateksamen.[] Hans 90 sekunders Coca-Cola-reklame, der var inspireret af Anden Verdenskrig, blev optaget af Capitol Records. Hans første nationale reklamefilm for Røde Kors vandt en Clio Award i 1992.
Bays succes med musikvideoer fik producenterne Jerry Bruckheimer og Don Simpson til at gøre ham opmærksom på ham, og de valgte ham til at instruere sin første spillefilm, Bad Boys. Filmen blev optaget i Miami i 1994 og havde Will Smith og Martin Lawrence i hovedrollerne. Actionfilmen viste sig at blive et gennembrud for Smith, der på det tidspunkt var på vej fra tv til film. Optagelserne i Miami var en god oplevelse for Bay, som senere skulle eje et hjem i byen og tilbringe meget tid der. Filmen blev færdiggjort for 19 millioner dollars og indtjente bemærkelsesværdige 141 millioner dollars i biografen i sommeren 1995. Bays succes førte til et stærkt partnerskab og venskab med Jerry Bruckheimer.
Hans opfølgende film, The Rock (1996), var en actionfilm, der foregik på Alcatraz Island og i San Francisco Bay-området. Den havde Sean Connery, Nicolas Cage og Ed Harris i hovedrollerne. Den blev også produceret af Jerry Bruckheimer og Don Simpson, hvoraf sidstnævnte døde fem måneder før filmens udgivelse. Filmen er dedikeret til ham. Connery og Cage vandt "Best On-Screen Duo" ved MTV Movie Awards i 1997, og filmen blev nomineret til en Oscar i kategorien "Best Achievement in Sound" for Greg P. Russell, Kevin O'Connell og Keith A. Wester's arbejde.
I 1998 samarbejdede Bay igen med Jerry Bruckheimer, denne gang som co-producent og instruktør af action-eventyrfilmen Armageddon. Filmen, der handler om en gruppe seje olieborere, som sendes af NASA for at aflede en asteroide fra at kollidere med Jorden, havde Bruce Willis, Billy Bob Thornton, Ben Affleck og Liv Tyler i hovedrollerne. Filmen blev nomineret til 4 Oscars ved den 71. Oscar-uddeling, herunder bedste lyd, bedste visuelle effekter, bedste lydredigering og bedste originale sang. Filmen indtjente 9,6 millioner dollars på åbningsdagen og i alt 36,5 millioner dollars gennem den første weekend. Produktionsbudgettet, 140 millioner dollars, var et af de højeste i sommeren 1998. Armageddon fortsatte med at indtjene over 553 millioner dollars på verdensplan.
Senere karriere
I 2001 instruerede Bay Pearl Harbor. Filmen havde Ben Affleck, Josh Hartnett, Kate Beckinsale og Cuba Gooding, Jr. i hovedrollerne. Filmen blev udgivet i weekenden på Memorial Day i 2001. Igen producerede Bay filmen sammen med Jerry Bruckheimer. Filmen modtog fire Oscar-nomineringer, bl.a. for bedste lyd, bedste visuelle effekter, bedste lydredigering og bedste sang. Igen modtog Kevin O'Connell endnu en nominering for bedste lyd, men han vandt ikke. Pearl Harbor vandt i kategorien for lydredigering. Michael Bay instruerede også musikvideoen til det nominerede nummer "There You'll Be" af sangerinden Faith Hill.[] På trods af al den kritik, som Michael Bay havde modtaget gennem filmen, forblev Pearl Harbor at stå fast på listen over store blockbustere, da den havde et plot, som seerne, især det unge publikum, kan relatere til, og special effects, som gjorde filmen meget realistisk.
Bay genforenede sig med Will Smith og Martin Lawrence i Bad Boys II, som også markerede Bays femte samarbejde med Jerry Bruckheimer. Filmen indtjente 138 millioner dollars på hjemmemarkedet, hvilket var nok til at dække produktionsbudgettet, og 273 millioner dollars på verdensplan, hvilket er næsten dobbelt så meget som den første film.
I 2005 instruerede Bay The Island, en science-fiction-film med Ewan McGregor og Scarlett Johansson i hovedrollerne. Det var den første film, som Michael Bay lavede uden Jerry Bruckheimer. The Island kostede 126 millioner dollars at producere. Den indtjente 46 millioner dollars på hjemmemarkedet og 172 millioner dollars på verdensplan. Bay udtalte, at han ikke var tilfreds med den indenlandske markedsføringskampagne, da den forvirrede publikum med hensyn til filmens egentlige emne.
I 2007 instruerede han sammen med Steven Spielberg og producerede Transformers, en live action-film baseret på Transformers-serien. Filmen fik premiere i USA og Canada den 3. juli 2007 med forpremiereforestillinger kl. 20.00 den 2. juli. Forpremiererne indbragte 8,8 millioner dollars, og på den første dag af den almindelige udgivelse indtjente den 27,8 millioner dollars, hvilket var rekord for tirsdagens biografbesøg.[] Den slog den rekord, som Spider-Man 2 havde for den største indtjening den 4. juli, med 29 mio. dollars. I sin åbningsweekend indtjente Transformers 70,5 mio. dollars, hvilket svarer til en åbningsuge på 155,4 mio. dollars, hvilket gav den rekorden for den største åbningsuge for en ikke-fortsætter.[] I november 2007 havde filmen indspillet over 319 millioner dollars på hjemmemarkedet og over 708 millioner dollars på verdensplan.
Bay vendte tilbage som instruktør og executive producer til Transformers: Revenge of the Fallen, som udkom den 24. juni 2009 og indtjente over 832 millioner dollars på verdensplan. Selv om den fik overvejende negative anmeldelser fra kritikerne, herunder aggressivt kritiske anmeldelser fra amerikanske filmkritikere som Roger Ebert, Michael Phillips og David Denby (som omtalte Bay som "fantastisk, næsten ondskabsfuldt talentløs"), blev filmen godt modtaget af det tilsigtede publikum og var en af de mest indtjenende film i 2009. I 2010 opnåede den syv Golden Raspberry Award-nomineringer og vandt tre: De fik tre priser: dårligste film, dårligste instruktør og dårligste manuskript.
Bay instruerede Transformers: Dark of the Moon, der udkom den 28. juni 2011. Han vil måske instruere en efterfølger til Bad Boys-franchisen eller en "lille" film, som han har været i gang med at udvikle i årevis, og som foreløbig vil få navnet Pain & Gain. Den sande kriminalhistorie, der er baseret på begivenheder beskrevet i en artikel i Miami Herald skrevet af Pete Collins, handler om en gruppe af klodsede bodybuildere, der arbejder sammen om at begå et røveri.
Bay producerede DreamWorks' I Am Number Four, der er baseret på en serie romaner af Pittacus Lore udgivet af HarperCollins Children's Books. D. J. Caruso (Eagle Eye, Disturbia) har instrueret.
