Родилась Монаган в Уинтропе, штат Айова. Её мать, Шэрон, руководила устроенным в её же доме детским садом, а отец, Боб, работал на местной фабрике и промышлял фермерством. У Мишель два старших брата – Боб и Джон – и её семья часто давала приют бездомным детям и даже некоторых усыновляла. Школу Монаган окончила в 1994-ом; в старших классах она была президентом класса и участвовала в ряде местных постановок. После окончания она переехала в Чикаго, где изучала журналистику в Колумбийском Колледже в Чикаго. В процессе обучения она начала подрабатывать моделью в США, Милане, Сингапуре, Токио и Гонконге; когда же до конца обучения оставался всего лишь семестр, она отправилась в Нью-Йорк, где занялась актерской карьерой.
Первыми заметными – хотя и небольшими – эпизодами в карьере Монаган были роли в «Молодые американцы» («Young Americans») и «Закон и порядок: Специальный корпус» («Law & Order: Special Victims Unit»). Крупным дебютом на киноэкране была небольшая роль Генриетты в фильме «Парфюм» («Perfume»); следом была небольшая же роль в «Неверная» («Unfaithful») 2002-го.
Монаган впервые смогла сыграть что-то серьезное в 2002-ом, когда ей досталась главная роль в телесериале «Бостонская школа» («Boston Public») – там Мишель исполнила роль Кимберли Вудс. После пребывания целый сезон в статусе приглашенной звезды, она вернулась на экран в проектах «Семейные ценности» («It Runs in the Family»), «Зимнее солнцестояние» («Winter Solstice») и «Поцелуй навылет». С ней также были сняты – и удалены при монтаже – сцены для «Константин» («Constantine») и «Сириана» («Syriana»). Впрочем, запись её прослушивания для «Константин» принесла ей возможность поучаствовать в прослушивании для «Миссия: Невыполнима 3»; уже через двадцать минут Мишель досталась роль Джулии и возможность сыграть с Томом Крузом.
В 2007-ом Монаган сыграла главную роль в ремейке комедии «Девушка моих кошмаров» («The Heartbreak Kid») с Беном Стиллером; её роль изначально была исполнена Сибил Шепард. Следом была роль в «Прощай, детка, прощай»; актриса получила уйму положительных рецензий за блестящую игру.