Родился 13 января 1976 года в Чикаго, в семье социальной работницы и рабочего завода по изготовлению пуговиц, иммигрантов из Мексики. После окончания средней школы Майкл поступил в саентологическую Высшую школу Хаббарда. В молодости он часто менял место работы, какое-то время трудился в банке, в свободное время занимался скейтбордом, мечтал стать актером и активно посещал различные кастинги. В 1994-м Пенья дебютировал с небольшой ролью в ленте «Свободный охотник». Затем он отметился в сериалах «Убойный отдел», «Полиция Нью-Йорка», «Мои дорогие американцы», «Прикосновение ангела» и в довольно популярных картинах «Угнать за 60 секунд», «Солдаты Буффало» и «Соединенные штаты Лиланда».
Наибольшая известность пришла к Пенья в 2004 году после выхода на экраны работ сценариста Пола Хаггиса «Малышка на миллион» и «Столкновение», имевших широкий успех и удостоенных премий «Оскар». В тот же период актер сыграл в популярном сериале «Щит». В 2006 году он снялся в блокбастере Оливера Стоуна «Башни-близнецы», посвященном событиям 11 сентября 2001 года, а также появился в ленте «Вавилон», номинированной на «Оскар» и «Золотой глобус». В последующие годы Пенья отметился в фильмах «Стрелок», «Типа крутой охранник», «Инопланетное вторжение: Битва за Лос-Анджелес» и «Успеть за 30 минут». Среди последних его актерских работ следуют ключевые роли в картинах «Как украсть небоскреб» и «Патруль».
Майкл выступал в качестве басс-гитариста в собственной группе Nico Vega вместе с Рич Колером и Адже Волкманом. В 2007-м он покинул проект, чтобы сосредоточиться на профессиональной карьере. Пенья женат на актрисе Бри Шаффер, осенью 2008 года у пары родился сын. В свободное время актер любит заниматься боксом и играть в гольф.