Michael Connelly est né le {{Date de naissance}} à Philadelphie. Il déménage avec ses parents en Floride en 1968. Il se marie et a une fille en 1997. Il est diplômé de l'université de Floride, avec un bachelors degree en journalisme en 1980. Il travaille ensuite comme journaliste à Daytona Beach et Fort Lauderdale (Floride). En 1986, il est le coauteur d'un article sur les rescapés d'un crash d'avion, qui figure parmi les finalistes pour le prix Pulitzer, ce qui lui permet de devenir chroniqueur judiciaire pour le Los Angeles Times.
Il se lance dans la carrière d'écrivain en 1992 avec Les Égouts de Los Angeles, son premier polar, où l'on découvre le personnage de Harry Bosch, inspecteur du LAPD, le héros récurrent de la plupart des romans suivants. Il reçoit pour ce livre le prix Edgar du meilleur premier roman policier. Il abandonne le journalisme en 1994.
Il écrit par la suite environ un roman par an, en obtenant régulièrement un succès en librairie. Son roman Le Poète reçoit le prix Mystère en 1998 et Créances de sang le grand prix de la littérature policière en 1999.
Parmi les romans ne mettant pas en scène Harry Bosch, Créance de sang est adapté au cinéma en 2002 par Clint Eastwood, qui y incarne Terry McCaleb, un ancien agent du FBI. Dans La Défense Lincoln, il aborde le roman procédural qui lui permet d'utiliser son expérience de chroniqueur judiciaire.
Ayant quitté Los Angeles, il vit depuis 2001 à Tampa, en Floride.
À noter que Michael Connelly, ainsi que les autres écrivains et scénaristes Stephen J. Cannell, Dennis Lehane et James Patterson, apparait à plusieurs reprises dans son propre rôle dans la série Castle, lors de séquences présentant des parties de poker jouées avec Richard Castle, ainsi présenté comme le pair de ces auteurs bien réels, et avec qui il discute des affaires en cours.
En 2011, son roman La Défense Lincoln est adapté au cinéma dans un film du même nom.