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Fils d'Alfred Diefenbacher[4], frère de Jean-Louis Diefenbacher, Michel Diefenbacher est successivement directeur de cabinet du secrétaire d'état auprès du ministre de l'intérieur, chargé des territoires d'outre mer (1974-1978), secrétaire général adjoint de la Polynésie française, chef de la mission d'aide technique en Polynésie française (1978).
Nommé sous-préfet de Marmande (1979-1981), il est ensuite directeur du cabinet du préfet de la région Provence-Alpes-Côte d'Azur, préfet des Bouches-du-Rhône (1981-1983), sous-directeur des affaires politiques au secrétariat d'État chargé des Départements et Territoires d'Outre-mer (1983-1986), sous-directeur du corps préfectoral, des administrateurs civils et des tribunaux administratifs (1986-1989).
Nommé préfet, il est successivement préfet adjoint pour la sécurité auprès du préfet du Rhône (1989-1990), préfet de Lot-et-Garonne (1992-1994), préfet de la région Guadeloupe (1994-1996), préfet de la région Limousin, préfet de la Haute-Vienne (1996-2000), préfet de la région Poitou-Charentes, préfet de la Vienne (janvier-).
Il quitte ce dernier poste pour entrer à la Cour des Comptes en tant que conseiller-maître avant de se lancer dans la vie politique.
Élu conseiller général du canton de Marmande-Ouest en 2001, il devient vice-président du Conseil général jusqu'en 2004. Il est alors nommé président du comité consultatif de la caisse centrale de réassurance pour la gestion du fonds de compensation des risques de l'assurance de la construction. En 2004, il sera élu président du Conseil général de Lot-et-Garonne qu'il présidera jusqu'en . En , il est élu Conseiller régional d'Aquitaine et succède à Xavier Darcos à la tête du groupe d'opposition régionale en .
À l'Assemblée nationale, il fait partie du groupe UMP. Il est Secrétaire de la Commission des Finances, membre de la Commission des Affaires européennes, membre de la commission spéciale chargée d'examiner le projet de loi relatif à la bioéthique, Vice-Président de la Commission d'enquête sur les produits financiers à risque des collectivités territoriales et Président du groupe d'amitié France-Turquie.
Il est Rapporteur spécial du budget Sécurité (budget de la police et de la gendarmerie). Il est de plus membre des groupes d'études : Agro-alimentaire et filière agricole - Enseignement privé sous contrat et hors contrat - Forêt - Fruits et légumes - Laïcité - Minières - Partenariats publics et privés - Tabac - Tibet.
Ses thèmes de prédilections sont notamment : les Finances publiques, l'Agriculture, la Sécurité, les collectivités territoriales, la Fonction publique et l'Outre-mer.
Michel Diefenbacher a été l'auteur de plus de 20 rapports au cours de ses 2 mandats (Rapatriés d'Algérie, intéressement collectif dans la Fonction publique[5], fiscalité écologique, supervision financière en Europe...).
Par ailleurs, il représente l'Assemblée nationale au Haut Conseil du secteur public, au conseil d'administration de l'établissement public de réalisation de défaisance (EPRD) et au conseil d'administration de l'École nationale d'administration (ENA).
Secrétaire départemental de l'UMP Lot-et-Garonne, il succède en 2010 à Jean François-Poncet à la présidence de celle-ci. Secrétaire national de l'UMP chargé de l'Outre-mer, Michel Diefenbacher est ensuite Secrétaire national chargé de la Fonction publique territoriale.