Граф Михаил Воронцов родился 19 мая 1782 года в Санкт-Петербурге, детство и молодость провёл при отце, Семёне Романовиче, в Лондоне, где получил блестящее образование. Ещё грудным ребёнком записанный в бомбардир-капралы лейб-гвардии Преображенского полка, он уже 4 лет от роду произведён в прапорщики.
В 1803 году был прикомандирован к кавказским войскам, во главе которых стоял князь Цицианов. Состоял при главнокомандующем. 3 января 1804 года участвовал в штурме Гянджи. 15 января того же года едва не погиб во время неудачной экспедиции Гулякова в Закатальское ущелье.
28 августа 1804 года награждён орденом Святого Георгия 4-го класса № 650:
За отличное мужество и храбрость, оказанные во время осады крепости Эривани при отбитии неоднократных вылазок персиян.
В сентябре 1805 года в должности бригад-майора был отправлен в шведскую Померанию с десантными войсками генерал-лейтенанта Толстого и был при блокаде крепости Гамельн.
В кампанию 1806 года находился в сражении под Пултуском.
В кампанию 1807 года, командуя 1-м батальоном Преображенского полка участвовал в битве под Фридландом.
В 1809 году Воронцов, назначенный командиром Нарвского пехотного полка, отправился в Турцию, где участвовал в штурме Базарджика.
В 1810 году участвовал в сражении под Шумлой, затем был послан с особым отрядом на Балканы, где занял города Плевна, Ловеч и Сельви.
В кампанию 1811 года Воронцов участвовал в сражении под Рущуком, в 4-х делах под Калафатом и в удачном деле под Видином.
10 марта 1812 года награждён орденом Святого Георгия 3-го класса № 228:
В воздаяние отличных подвигов мужества и храбрости, оказанных при поражении турецких войск в сражении при Виддине 19-го октября.
В Отечественную войну 1812 года Воронцов находился сначала при армии князя Багратиона, принимал участие в сражении под Смоленском.
В битве под Бородином Воронцов командовал 2-й сводно-гренадерской дивизией, состоявшей из элитных полков пехоты. Дивизия на протяжении всего боя находилась на Багратионовых флешах, а значит на главном направлении атаки французов. Наступающие французские части постоянно сменяли друг друга, их атаки перемежались сильным огнём артиллерии. Несмотря на огромные потери, к концу боя в строю оставалось 300 человек из 4 тысяч, дивизия генерала графа Воронцова удерживала определённую ей позицию до самой последней возможности. Сам граф Воронцов, находясь во главе дивизии, получил рану штыком в рукопашном бою, и после боя выехал в тыл на лечение.
Отправляясь на излечение в своё имение Андреевское в Покровском уезде Владимирской губернии, Воронцов отказался от эвакуации имущества из своего дома на Немецкой улице в Москве, приказав вывезти на подводах раненых. В Андреевском были размещены около 50 раненных генералов и офицеров и более 300 нижних чинов. Граф взял на себя расходы на раненных, которые достигали 800 рублей ежедневно. После выздоровления каждый солдат, перед отправкой в действующую армию, снабжался одеждой и 10 рублями.
Едва поправившись, Воронцов вернулся в строй и был назначен в армию Чичагова, причём ему был вверен отдельный летучий отряд. Во время перемирия он был переведён в Северную армию; по возобновлении военных действий находился в деле под Денневицем и в битве под Лейпцигом.
В кампанию 1814 года Воронцов при городе Краоне блистательно выдержал сражение против самого Наполеона. Награждён 23 февраля 1814 года орденом Святого Георгия 2-го класса № 64:
За отличие в сражении при Краоне.
В сражении под Парижем, командуя особым отрядом, с боями занял предместье Ла-Вилетт.
В 1815—1818 годах Воронцов командовал оккупационным корпусом во Франции.
В корпусе был введён определённый свод правил, составленный лично Воронцовым, ограничивавший применение телесных наказаний для солдат. Примечательно его мнение об ограничении телесных наказаний:
Так как солдат, который никогда ещё палками наказан не был, гораздо способнее к чувствам амбиции достойным настоящаго воина и сына Отечества, и скорее можно ожидать от него хорошую службу и пример другим.
Во всех подразделениях корпуса по приказу Воронцова были организованы ланкастерские школы для солдат и младших офицеров. Также, граф отладил регулярность присылки в корпус корреспонденции из России.
Перед выводом оккупационного корпуса Воронцов собрал сведения о долгах офицеров и солдат местным жителям и заплатил все долги, сумма которых составляла около 1,5 миллиона рублей, из собственных средств. Чтобы расплатиться c французскими кредиторами был вынужден продать имение Круглое, полученное по наследству от родной тётки — княгини Екатерины Дашковой.
В 1818 году представлял Россию на Ахенском конгрессе.
В 1819 году одновременно с П.М. Волконским получил Большой Крест английского Ордена Бани.
Возвратясь в Россию, Воронцов командовал 3-м пехотным корпусом, а 19 мая 1823 года назначен новороссийским генерал-губернатором и полномочным наместником Бессарабской области. Наполовину девственный Новороссийский край ждал лишь искусной руки для развития в нём земледельческой и промышленной деятельности. Воронцову обязаны: Одесса — небывалым дотоле расширением своего торгового значения и увеличением благосостояния; Крым — развитием и усовершенствованием виноделия, устройством великолепного дворца в Алупке и превосходного шоссе, окаймляющего южный берег полуострова, разведением и умножением разных видов хлебных и других полезных растений, равно как и первыми опытами лесоводства. По его почину учреждено в Одессе Общество сельского хозяйства Южной России, в трудах которого сам Воронцов принимал деятельное участие. Многим обязана ему и одна из важнейших отраслей новороссийской промышленности — разведение тонкорунных овец. При нём же в 1828 году получило начало пароходство по Чёрному морю. 29 декабря 1826 года Воронцов был избран в почётные члены Императорской академии наук.
24 мая 1826 года назначен членом Государственного совета. В том же году был членом Верховного уголовного суда по делу декабристов.
Вместе с Рибопьером был послан в Аккерман для переговоров с турецкими уполномоченными по поводу возникших между Россией и Портой несогласий. 25 сентября 1826 года подписал Аккерманскую конвенцию.
В 1828 году он принял, вместо раненого князя Меншикова, начальство над войсками, осаждавшими крепость Варна. 17 августа Воронцов прибыл к месту назначения, а 28 сентября крепость сдалась. В кампанию 1829 года, благодаря содействию Воронцова, войска, действовавшие в Турции, безостановочно получали необходимые запасы. Чума, занесённая из Турции, не проникла в глубь Российской империи во многом благодаря энергичным мерам Воронцова.
Во время губернаторства графа Воронцова в Кишинёве, а затем на его глазах в Одессе находился в ссылке Александр Сергеевич Пушкин. Отношения с Воронцовым у него сразу не заладились; губернатор рассматривал ссыльного поэта прежде всего как чиновника, давал ему поручения, казавшиеся тому оскорбительными, главное же — его жена Елизавета Ксаверьевна, урождённая графиня Браницкая завязала с Пушкиным поверхностный роман для прикрытия своих реальных любовных отношений, чем сильно подпортила Пушкину жизнь, так как граф стал объектом многочисленных едких, хотя не во всём справедливых эпиграмм Пушкина: ««Полу-милорд, полу-купец», «Певец Давид хоть ростом мал», «Сказали раз царю, что наконец», «Не знаю где, но не у нас» Пушкин высмеивает в них гордость, сервильность и англоманию губернатора.
Другие литераторы того времени — А. С. Грибоедов, Г. Ф. Олизар, П. П. Свиньин и пр. — во время поездок по Крыму посещали гостеприимный дом Воронцова в Гурзуфе, которым граф, постоянно живший в Одессе и бывавший на полуострове лишь наездами, владел до 1834 года. Граф радушно встречал творческих гостей и в своём доме в Санкт-Петербурге на Малой Морской; один из которых — Г. В. Гераков, характеризовавший Воронцова как «друга редкого» умер прямо в нём 2 июня 1838 года.
Воронцов покровительствует архитекторам Ф. К. Боффо и Г. И. Торичелли, привлекает их к крупным казённым заказам, развернув общественное строительство по всей губернии. Они построили такие шедевры как Потёмкинская лестница и купеческая биржа на Приморском бульваре в Одессе, Каменную лестницу в Таганроге, Храм Святого Иоанна Златоуста в Ялте, Храм во имя всех Крымских Святых и святого великомученика Феодора Стратилата в Алуште и множество других общественных зданий.
Как частное лицо он заказывает дворцы в Одессе и в поместье Алупка. Пригласив в Алупку на 25 лет садовника К. А. Кебаха и содействуя работе ботаника Х. Х. Стевена в Никитском ботаническом саду заложил основы садово-паркового искусства на Южном берегу Крыма.
В 1844 году Воронцов был назначен главнокомандующим войсками на Кавказе и наместником кавказским, с неограниченными полномочиями и оставлением в прежних должностях. Прибыв в Тифлис 25 марта 1845 года, он вскоре отправился на левый фланг Кавказской линии, для принятия начальства над войсками, готовившимися к походу против Шамиля. После занятия Анди, сопряжённого с величайшими затруднениями, войска, под личным предводительством Воронцова, двинулись к временной резиденции Шамиля — аулу Дарго. Овладение этим пунктом и в особенности дальнейшее движение через непроходимые леса сопровождались большими опасностями и огромными потерями. «Даргинская» экспедиция, по сути, не достигла цели, так как Шамиль благополучно ушёл из аула, а само селение было сожжено до подхода русских войск. Шедший на соединение с отрядом Воронцова обоз подвергся нападению горцев и был частично захвачен. Отступление из Дарго также сопровождалось потерями. Вот как отозвался о тех событиях очевидец писатель Арнольд Львович Зиссерман:
Какое впечатление произвел исход всей большой экспедиции 1845 года на наши войска, на преданное нам христианское население Закавказья и на враждебное мусульманское, может себе всякий представить. О торжестве Шамиля и горцев нечего и говорить. Таким образом, повторяю, не будь это граф Воронцов, пользовавшийся большим доверием и уважением государя Николая Павловича и стоявший выше влияния интриг даже могущественного Чернышёва, вероятно с окончанием экспедиции окончилась бы и его кавказская карьера.
Однако, несмотря на провал, за поход к Дарго именным Высочайшим указом, от 6 августа 1845 года, наместник кавказский, генерал-адъютант, граф Михаил Семёнович Воронцов был возведён, с нисходящим его потомством, в княжеское достоинство Российской империи.
В 1848 году были взяты две твердыни Дагестана, аулы Гергебиль и Салты. В кровопролитном Салтинском сражении Воронцовым был блокирован и разбит крупный отряд горцев наиба Идриса. В том же году стараниями Воронцова и по его инициативе:
— основан Кавказский учебный округ.
— основан портовый город Ейск.
Именным Высочайшим указом, от 30 марта 1852 года, наместнику кавказскому, генерал-адъютанту, генералу от инфантерии, князю Михаилу Семёновичу Воронцову присвоен, с нисходящим потомством, титул светлости.
В начале 1853 года Воронцов, чувствуя приближение слепоты и крайний упадок сил, просил государя уволить его от должности, и 25 марта оставил Тифлис. Ему воздвигнуты памятники в Тифлисе, на средства, собранные от добровольных пожертвований населения города, Одессе и Бердянске.
В день коронации императора Александра II 26 августа 1856 года Воронцов был пожалован чином генерал-фельдмаршала.
Воронцов скончался 6 ноября 1856 года в Одессе. На долгие годы сохранились среди солдат в русских войсках на Кавказе рассказы о простоте и доступности верховного наместника. После смерти князя там возникла поговорка: «До Бога высоко, до царя далеко, а Воронцов умер».
Похоронен в Одессе в нижнем храме Спасо-Преображенского собора.