Dans son enfance, le jeune prince était élevé par une nourrice anglaise. Les enfants de l'empereur passaient généralement du temps à Gatchina. Alexandre III aimait particulièrement passer du temps avec son fils cadet : ils se promenaient ensemble dans les environs du palais impérial, le père apprenait à Mikhaïl à allumer des feux et à déterminer la localisation des animaux par leurs traces. Mikhaïl aimait surtout rendre visite à son grand-père, le roi du Danemark Christian IX. Chaque voyage à Copenhague était pour lui une véritable fête.

En 1898, Mikhaïl Alexandrovitch commença son service dans la garde et participa à la Première Guerre mondiale. Il commandait la division indigène du Caucase et se fit connaître comme un guerrier courageux, menant des attaques surprises contre l'ennemi. Surgissant soudainement de sa cachette, Mikhaïl attaquait l'ennemi avec son sabre à la main, ne lui laissant aucune chance. Le frère de Mikhaïl, l'empereur Nicolas II, tenta de le raisonner, mais le prince continua à attaquer l'adversaire avec succès. Bientôt, Nicolas le destitua de son commandement de la division et le nomma chef du corps de cavalerie. En 1917, Mikhaïl, qui avait reçu le titre de général inspecteur de la cavalerie, fut rappelé du front.

Mikhaïl Alexandrovitch fut tour à tour amoureux de la princesse anglaise Béatrice, fille du duc d'Édimbourg, et de la dame d'honneur Alexandra Kossikovska. Il ne pouvait épouser Béatrice en raison de leur proximité de parenté, et avec Kossikovska, à cause de sa position sociale inférieure. Sa nouvelle élue, Natalia Wulfert, était divorcée d'un officier du régiment de cuirassiers. En 1912, ils se marièrent secrètement à Vienne. Cette nouvelle choqua l'empereur, et Mikhaïl fut privé de ses droits au trône. Cependant, plus tard, Nicolas II accorda à la femme de son frère le titre de comtesse pour apaiser le conflit. Natalia devint comtesse de Brasova, et leur fils portait également ce nom.

Le 2 mars 1917, Nicolas II, à la demande du président de la Douma d'État Mikhaïl Rodzianko, abdique en faveur de son frère Mikhaïl pour lui-même et son fils Alexeï. Cependant, Mikhaïl dans le Manifeste du 16 mars abdique également, laissant le soin de décider du sort de la Russie à l'Assemblée constituante. Il était prêt à accepter le titre d'empereur seulement si l'Assemblée décidait de maintenir la monarchie. En octobre 1917, la révolution détruisit des milliers de destins, et Mikhaïl Alexandrovitch ne fit pas exception. L'ancien Grand-Duc, dépouillé de tous ses titres et privilèges, fut arrêté par le gouvernement bolchevique et envoyé à Perm, où il fut bientôt exécuté.