С 1958 года Барышников учился в Рижском хореографическом училище.
В 1964 году поступил в Ленинградское хореографическое училище (ныне Академия русского балета имени А.Я. Вагановой) в класс к педагогу Александру Пушкину, наставнику известного артиста балета Рудольфа Нуреева.
В 1967 году, по окончании училища, Барышников был принят в балетную труппу Ленинградского театра оперы и балета имени С.М. Кирова (ныне Мариинский театр) и вскоре стал исполнять ведущие классические партии.
В театре он исполнил партию Базиля в балете Людвига Минкуса "Дон Кихот", Дезире в "Спящей красавице" Петра Чайковского. Барышников выступил первым исполнителем ролей Гамлета в одноименном балете на музыку Николая Червинского (1970), Адама в балете "Сотворение мира" на музыку Андрея Петрова (1971). Принимал участие в экспериментальных работах, исполняя партии Меркуцио в балете "Ромео и Юлия" Гектора Берлиоза (1969), Дафниса в балете "Дафнис и Хлоя" Мориса Равеля (1974) и другие.
Артистизм и хорошая техника вращений, прыжков принесли Барышникову золотые медали на международных конкурсах балета в Варне (1966) и Москве (1969).
За рубежом Барышников впервые выступил в 1970, находясь в Лондоне на гастролях с труппой Театра имени Кирова. Летом 1974 года во время гастролей в Канаде группы артистов из разных советских театров Барышников решил не возвращаться в СССР. Канада предоставила ему политическое убежище.
29 июля 1974 он дебютировал в Нью-Йорке в спектакле Американского театра балета (АБТ) "Жизель", танцуя с бывшей балериной Кировского театра Натальей Макаровой, которая эмигрировала в 1970 году.
В 1974-1978 годах Барышников стал премьером АБТ, где танцевал во многих классических балетах и в спектаклях современных хореографов.
В 1978 году известный хореограф Джордж Баланчин пригласил его в свою труппу New York City Ballet. Барышников выступал в балетах Баланчина "Аполлон" и "Орфей" на музыку Игоря Стравинского, "Блудный сын" на музыку Сергея Прокофьева, "Арлекинада" на музыку Риккардо Дриго и в некоторых постановках балетмейстера Джерома Роббинса. В 1980-1989 годах он был руководителем и солистом труппы Американского театра балета. До него АБТ существовал как театр звезд, часто приглашенных из других стран. Барышников создал постоянную труппу с хорошим кордебалетом, вырастил солистов из числа танцовщиков. Барышниковым была создана оригинальная хореография балета "Золушка" на музыку Сергея Прокофьева, редакция "Лебединого озера" хореографии Мариуса Петипа и Льва Иванова на музыку Петра Чайковского.
В 1990 году Барышников и хореограф Марк Моррис основали коллектив White Oak Dance Project ("Танцевальный проект "Белый дуб") при поддержке промышленного магната Ховарда Гилмана. Через год Моррис вернулся в свою собственную компанию, а Барышников остался один во главе коллектива, со временем превратив его в большую передвижную труппу с современным репертуаром. Покинув классический балет, он стал исполнителем танца-модерн.
После роспуска коллектива в 2002 году, в 2005 году балетмейстер основал Центр искусств Барышникова (Baryshnikov Arts Center) – место, где молодые артисты могут представить свои экспериментальные работы.
Позже для начинающих артистов им была создана труппа Hell's Kitchen Dance, названная в честь нью-йоркского района, где располагается Центр искусств Барышникова. Труппа периодически совершает туры по миру с сольными выступлениями танцора.
Стремясь расширить свой репертуар, Барышников обращался к другим видам сценических искусств. С 1982 по 1987 год он выступал в специально созданных для него телепрограммах "Барышников на Бродвее", "Барышников в Голливуде", "Барышников: танец и танцовщик". В 1989 году сыграл драматическую роль в спектакле "Метаморфозы" на Бродвее.
В кино Барышников дебютировал в 1968 году в фильме-спектакле "Город и песня" (1968). Затем последовали фильм-балет "Сказ о холопе Никишке" (1969) и фильм-спектакль "Фиеста" (1971). В США за роль в картине "Поворотный пункт" (The Turning Point, 1977) он был номинирован на премию "Оскар". Барышников снимался в главных ролях в фильмах "Белые ночи" (White Nights, 1985), "Дело фирмы" (Company Business, 1991), "Кабинет доктора Рамиреса" (Cabinet of Dr. Ramirez, 1991). В сериале "Секс в большом городе" (Sex and the City, 2003-2004) он сыграл художника Александра Петровского.
Барышников периодически участвует в сценических постановках. В спектакле хореографа Элиота Фелда Mr. XYZ (2003) он исполнял роль дряхлого старика с клюкой, который вспоминает о своей молодости, а в "Запрещенном рождестве" (2004) по сценарию грузинского режиссера Резо Габриадзе – роль сумасшедшего.
В 2011 году в Хельсинки Михаил Барышников сыграл главную роль в премьерном спектакле "В Париже", поставленном режиссером Дмитрием Крымовым по рассказам Ивана Бунина.
Барышников известен и как фотограф. В 2005 году в Москве прошла его фотовыставка "Мгновения".
В декабре 2012 года в нью-йоркской галерее АВА открылась выставка арт-коллекции Барышникова "Искусство, с которым я живу", где представлено более 100 графических работ известных художников, таких как Наталья Гончарова, Сергей Судейкин, Жан Кокто и Рауль Дюфи.
Балетмейстеру принадлежат популярный русский ресторан "Самовар" в центре Нью-Йорка, специализированный завод по выпуску балетной одежды и обуви, марка духов Misha. В 2003 году американцы назвали танцовщика самым влиятельным выходцем из бывшего СССР.
Среди наград Михаила Барышникова – премия Вашингтонского Центра исполнительских искусств имени Джона Кеннеди (2000). Он был трижды удостоен премии "Эмми" (1979, 1980, 1989), а также специальной премии "Давид Донателло" (1978).
В 2010 году артисту было присвоено звание офицера французского ордена Почетного легиона.
Михаил Барышников женат на бывшей балерине Лизе Райнхарт (Lisa Rinehart), внучке известного немецкого театрального режиссера Макса Рейнхардта. В семье трое детей – Питер (1989), Анна (1992) и София (1994). У балетмейстера есть дочь Александра (1981) от актрисы Джессики Лэнг (Jessica Lange).
Истории из моего детства
Джек Райан: Теория хаоса
Последний танцор Мао
43-я ежегодная церемония вручения премии «Тони»
Торжество инаугурации президента
Американский институт кино чествует Джека Леммона
Американский институт кино чествует Джина Келли
Американский институт кино чествует Джона Хьюстона
Американский институт кино чествует Фрэнка Капру
The Kennedy Center Honors: A Celebration of the Performing Arts
Американский институт кино чествует Фреда Астера
Барышников в Белом доме
32-я ежегодная церемония вручения премии «Тони»
Великие исполнители: Танец в Америке