Michael Anthony Peña 1976. január 13-án született Chicagóban, Illinoisban, az Egyesült Államokban. Édesanyja, Nicolasa szociális munkás, édesapja, Eleuterio gombgyári munkás volt. Michael szülei Mexikóból érkeztek az Államokba, ahol farmerként keresték kenyerüket.
Peña a középiskola elvégzése után azonnal belevetette magát a filmipar és a meghallgatások világába, és több kisebb szerep után – Tolvajtempó (2000), Buhersereg (2001) – végül két kritikailag is elismert film, az Ütközések (2004) és a Clint Eastwood rendezte Millió dolláros bébi (2004) hozta meg számára az ismertséget.
Feltűnt egy kisebb szerepben az Oscar-díjas Bábel (2006) című drámában és az Orvlövész (2007) című filmben. Sorozatbeli és tévéfilmes szerepeket is rendszeresen vállal amellett, hogy igazi kasszasikerekbe és hollywoodi nagyjátékfilmekbe is hívják, mint A szerv (2009), a Hogyan lopjunk felhőkarcolót (2011), Az utolsó műszak (2012) és a Gengszterosztag (2013) Ryan Gosling oldalán.
Legutóbbi fontos filmjei az Amerikai botrány (2014), a Cesar Chavez (2014), a Hugo Chávez életéről szóló film, és a második világháborús akciófilm, a Harag (2014) Brad Pitt és Shia LaBeouf főszereplésével.
Michael a színészi karrierje mellett basszusgitáron is játszik – 2005-ben alapította zenekarát, amelyet 2007-ben hagyott ott, hogy több figyelme jusson a színészetre, de nem szakított végleg a zenével.
A színész 2006-ban nősült meg, feleségétől, Brie Shaffertől egy fia született, Roman. A család jelenleg Los Angelesben él.