Михай I родился 25 октября 1921 года в городе Синая, Румыния. Единственный сын короля Кароля II и принцессы Елены Греческой. В 1925 году после отъезда отца заграницу и отказа от престолонаследования четырехлетний мальчик стал наследником своего деда Фердинанда I. В июле 1927 года вступил на престол.
До 1930 года Михай царствовал под опекой регентов, в том числе и архиерея Мирона Кристя, но в том же году отец Кароль, вернулся в страну по приглашению политиков, недовольных регентством и сместил сына. Юноша стал его наследником с титулом «великий воевода Алба-Юлии». В 1940 году Румыния потерпела чувствительное политическое поражение: Бессарабия и Северная Буковина присоединена к СССР, а часть Трансильвании по Венскому арбитражу отошла к Венгрии. Вскоре после этих событий маршал Йон Антонеску совершил государственный переворот и сместил Кароля II, который опять покинул страну.
Вновь взойдя на престол в девятнадцатилетнем возрасте, монарх обречен на роль марионетки Антонеску, не имея фактически никаких полномочий. В это время Румыния активно участвовала во Второй мировой войне. Когда советские войска приблизились к границе Румынии и разгромили немецкие силы в Ясско-Кишиневской операции, Михай в августе 1944 года, объединившись с антифашистской оппозицией, приказал арестовать Антонеску и пронемецких генералов, и объявил войну Германии. После этого в Бухарест вошли советские войска, и на заключительном этапе войны румынская армия вместе с советской сражалась против гитлеровской коалиции на территории Венгрии, а потом в Австрии.
В марте 1945 года в Румынии оказалось у власти правительство, поддержанное Москвой. Михай награжден советским орденом «Победа» как внесший перелом в соответствующий этап войны. В декабре 1947 года коммунистическое правительство упразднило монархию, и король вынужден эмигрировать. Поселившись в Швейцарии, в 1948 году женился на принцессе Анне Бурбон-Пармской. Принял швейцарское гражданство, увлекся авиацией, пилотировал коммерческие самолеты, а затем работал в авиационной компании.
После свержения социалистической власти в Румынии, Михаю вернули румынское гражданство, и смог вновь приехать в Румынию. Регулярно посещал страну, но жил в Швейцарии. В 1997 году единолично изменил законодательство румынского королевского дома, допустив женщин к престолонаследию и провозгласил старшую дочь Маргариту кронпринцессой Румынии.
В 2011 году король Михай объявил о разрыве династических связей с немецким княжеским родом Гогенцоллернов-Зигмаринген, отказался от титула принца этого княжеского дома и объявил о суверенитете румынской королевской ветви, приняв для себя и своей семьи в качестве династической фамилии именование «Румынские».
В марте 2016 года Михай I объявил о передаче всех полномочий старшей дочери Маргарите после того, как у него диагностирована хроническая лейкемия.
Михай I скончался 5 декабря 2017 года в возрасте девяноста шести лет.
Имя Михая I, в числе других, высечено на Мемориальной доске в честь кавалеров ордена «Победа», установленной в Большом Кремлёвском дворце.
19 декабря 2017 часть улицы Шоссе Киселёва в Бухаресте от Триумфальной арки до Парка Киселёва была названа его именем, так же в его честь был переименован парк Херэстрэу
Отец - Кароль II (1893-1953), король Румынии (08.06.1930-06.09.1940)
Мать - Елена Греческая (1896-1982), дочь короля Греции Константина I и Софии Прусско
Жена - Анна Бурбон-Пармская (1923-2016)
Дочери -
Кронпринцесса Маргарита (род. 1949)
Принцесса Елена (род. 1950)
Ирина Уолкер (род. 1953), урожденная принцесса Румынии
Принцесса София (род. 1957)
Принцесса Мария (род. 1964)