Né le 3 février 1939, il grandit à New York et Old Westbury (Long Island). Considéré comme un prodige à l'école, il est en conflit avec ses parents du fait de ses fréquentations, de bagarres. Il est diplômé en peinture de l'Université Yale (Bachelor of Fine Arts en 1961 et Master of Fine Arts en 1963). Durant ses études, il s'engage dans l'armée de réserve.
Après ses études, Cimino travaille dans une agence de publicité en tant que réalisateur de spots publicitaires pour la télévision. Il y rencontre Joann Carrelli, directrice commerciale, qui devient sa compagne.
Cimino débute dans le cinéma en tant que scénariste. On lui doit en particulier les scénarios de Silent Running de Douglas Trumbull et du deuxième volet de la saga de l'Inspecteur Harry : Magnum Force. Il passe à la réalisation avec le film
Le Canardeur, avec
Clint Eastwood. Son second film, Voyage au bout de l'enfer (The Deer Hunter), rencontre un immense succès critique et commercial et vaut à Michael Cimino de remporter l'Oscar du meilleur réalisateur.
Fort de ce succès, Cimino obtient de United Artists le contrôle total pour son film suivant,
La Porte du paradis (Heaven's Gate). Le film, un fiasco financier qui conduit United Artists à la banqueroute, est néanmoins considéré aujourd'hui comme un film important.
Pour se relancer, il signe alors deux adaptations. En 1985, il réalise L'Année du dragon (Year of the Dragon) qui est l'adaptation du roman de Robert Daley. Puis en 1987, il réalise
Le Sicilien (The Sicilian) qui est l'adaptation du roman Le Sicilien de
Mario Puzo.
En 1990, il réalise
La Maison des otages (Desperate Hours) qui est le remake de
La Maison des otages réalisé par
William Wyler en 1955.
The Sunchaser, réalisé en 1996, est son dernier film à ce jour.
En 2001, Cimino publie son premier roman Big Jane. La même année, il est fait Chevalier des Arts et des Lettres. Il réalise également le segment No Translation Needed du film Chacun son cinéma