Родился 11 (24) января 1901 года в семье еврейских социал-демократов в Иркутске, куда был сослан его отец Илья Максимович за участие в революционной деятельности[4]. Согласно обнаруженной исследователями записи в метрической книге иркутской синагоги, он родился тремя днями ранее — 8 (21) января1901 года[5].
В 1902 году семью выслали в Заиграево (ныне в Бурятии) к политическим ссыльным. В Заиграеве жил до пятилетнего возраста, там же родилась младшая сестра Ида[6]. Затем семья вернулась в Вильну, откуда был родом его отец, а в 1907 году переехала в Москву, где жила на улице Пятницкой, дом 10[7][8].
В 1918 году окончил гимназию. В 1918—1920 годах служил в продовольственной экспедиции, в Наркомпроде, в Главснабпродарме, в 1920—1921 годах — в Красной армии в должности младшего инспектора особой комиссии по вопросам численности РККА при Полевом штабе РВСР[9].
Уже во время учёбы я помимо скульптуры начал пробовать свои силы в других областях искусства. Этому способствовала моя довольно равномерная одарённость в самых различных направлениях. Я оказался неплохим актёром, обнаружил режиссёрские задатки, довольно успешно подвизался и на литературном поприще — писал, переводил Золя, Флобера, одно время увлекался музыкой. Как скульптор я сделал ряд работ и выставлялся.
В 1927 году призван на Сибирские повторные годичные курсы комсостава РККА. В 1928—1930 годах был внештатным сотрудником кинокомиссии в Институте методов внешкольной работы. Получив доступ к фильмам, стал заучивать их наизусть кадр за кадром. Каждый из них смотрел по 20-30 раз, записывал по памяти и делал подробный анализ. По собственному признанию, эта работа дала ему очень много в области монтажа, сценария и мизансцены. В то же время для практики написал более десяти сценариев, ни один из которых не был поставлен. Семью содержал изготовлением диаграмм, чертежей и т. п. В 1930 году начал писать сценарии для Московской фабрики Совкино. Некоторые из них — «Реванш», «Рядом с нами», «Конвейер смерти» — были поставлены[10].
В 1931 году режиссёр Александр Мачерет пригласил его ассистентом на фильм «Дела и люди», а в 1933 году ему была поручена первая самостоятельная работа — немой фильм «Пышка» по Мопассану[11]. В этой экранизации, снятой всего в двух небольших декорациях и выделяющейся точным подбором актёров и горькой иронией, начинающий режиссёр продемонстрировал умелый перевод литературной основы на язык кино.
В 1937 году завершил фильм «Тринадцать» о пограничниках в среднеазиатской пустыне. Это был ремейк американской ленты «Потерянный патруль» (1934) Джона Форда и первый советский истерн. В том же году получил предложение за четыре месяца снять первый художественный звуковой фильм о Ленине — «Восстание». В период работы над режиссёрским сценарием жил на квартире помощника начальника Главного управления кинофотопромышленности Альберта Сливкина и стал свидетелем его ареста[12][13]. Фильм вышел в прокат под названием «Ленин в Октябре» (1937) и пользовался большим успехом. Ромм был награждён орденом Ленина и принят кандидатом в члены ВКП(б).
В 1938 году снял фильм «Ленин в 1918 году». В июле 1939 года переведён из кандидатов в члены ВКП(б). В мае 1940 года избран членом партийного комитета киностудии «Мосфильм». 23 мая 1940 года ему присвоено звание заслуженного деятеля искусств. С октября 1940 года работал художественным руководителем и заместителем начальника Главного управления по производству художественных фильмов. 15 марта 1941 года ему присуждена Сталинская премия I степени. В мае 1941 года назначен начальником управления по производству художественных фильмов[14].
Михаил Ромм умер 1 ноября 1971 года в Москве на 71-м году жизни в процессе работы над документальным фильмом «Мир сегодня». По воспоминаниям его жены Елены Кузьминой, он сидел дома за рабочим столом и, как обычно, раскладывал карточки, на которых были обозначены кадры из новой ленты. Когда она заглянула в кабинет, Ромм сказал: «Сегодня мне что-то нездоровится. Я, пожалуй, прилягу». Она помогла ему лечь на диван. Через несколько мгновений он умер[21]. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (участок № 7)[22].
Отец — Илья Максимович (Монесович) Ромм (1869—1929), врач-бактериолог. Мать — Тереза (Мария) Исааковна Ромм-Аронсон (урождённая Трайна Айзиковна Аронсон), зубной врач, в Иркутске вела приём в доме И. Локуциевского на Благовещенской улице, 8[23][24][25][26].
два ордена Ленина (23.03.1938 — в связи с выпуском выдающихся кинофильмов, получивших единодушное одобрение зрителей, «Ленин в Октябре», «Петр I-ый» и колхозный фильм «Богатая невеста», 1967)
В 1975 году вышла книга, написанная Марком Заком, «Михаил Ромм и традиции советской кинорежиссуры».
В 1985 году был снят документальный фильм «Михаил Ромм. Исповедь кинорежиссёра». Режиссёр Аркадий Цинман, сценарист Семён Фрейлих.
Материалы, записанные режиссёром на магнитную ленту в 1966—1971 годах, долгое время хранились в домашнем архиве, но не могли быть изданы по цензурным соображениям. В восьмидесятые годы некоторые из них были опубликованы и вышли серией пластинок на фирме «Мелодия».
В 1989 году Всесоюзным творческо-производственным объединением «Киноцентр» тиражом 125000 экземпляров была издана книга «Устные рассказы». В 2003 году рассказы режиссёра, дополненные воспоминаниями его жены актрисы Еленой Кузьминой и падчерицы Натальи Кузьминой, а также фотографиями и документами из личного архива и архива Государственного музея кино, были изданы под названием «Как в кино. Устные рассказы» (М. И. Ромм. Как в кино. Устные рассказы. — Нижний Новгород: Деком, 2003. — 256 с. — (Имена). — ISBN 5-89533-085-1.).
В 2008 году в Иркутске в память о режиссёре была установлена мемориальная доска[30].