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Michelle, née Holly Michelle Gilliam à Long Beach, en Californie, est la fille de Joyce Leon (née Poole), comptable, et de Gardner Burnett Gilliam, qui travaille pour la marine marchande. Elle grandit en partie à Mexico, où son père allait à l'université (voir G.I. Bill).
Elle rencontre John Phillips, en tournée en Californie avec son groupe "The Journeymen", qui divorce de sa femme pour l'épouser, le , Michelle tout juste âgée de 18 ans. En 1968, elle donne naissance à leur fille, Chynna Phillips.
De 1965 à 1968, elle et John font partie du groupe rock The Mamas and the Papas. Michelle participe à l'écriture de leurs plus célèbres tubes, California Dreamin' et Monday Monday. Après son aventure avec l'autre « Papas », Denny Doherty, elle est exclue momentanément du groupe et remplacée par Jill Gibson.
En 1970, elle divorce de John et se marie avec l'acteur Dennis Hopper sur les lieux du tournage de The Last Movie que dirige Dennis.
Le mariage ne tient que huit jours qui demeurent « la plus belle semaine de sa vie ». En 1971, elle se met en couple avec l'acteur Jack Nicholson rencontré lors du tournage du film Vas-y, fonce, mais la relation se termine l'année suivante.
Elle épouse ensuite l'acteur Grainger Hines, dont elle a deux enfants, Austin Hines, et Aron Wilson, puis elle divorce.
En 2000, elle se marie avec Steven Zax.
↑(no) « Svik » [archive du ], sur Film Arkivet, Medietilsynet: Norwegian Media Authority
↑Blistein, Jon, « Hear Jakob Dylan Cover Mamas and the Papas’ Classic ‘Go Where You Wanna Go’: Musician teams with Jade Castrinos for first offering off Echo In the Canyon doc soundtrack », Rolling Stone, (lire en ligne, consulté le )