Michael Soren Madsen przyszedł na świat 25 września 1957 roku w Chicago (Illinois, USA). Jego rodzice to strażak, Calvin Madsen i Elaine Madsen - poetka, reżyserka oraz producentka filmów dokumentalnych. Siostrami Michaela są, znana z filmu "Winnica", Cheryl oraz Virginia Madsen, laureatka nagrody Independent Spirit za rolę w "Bezdrożach" oraz Saturna dla najlepszej aktorki w "Candymanie". Jego dziadkowie ze strony ojca są Duńczykami, którzy wyemigrowali z rodzinnego kraju na początku XX wieku. Zanim Madsen rozpoczął swą karierę, pracował jako mechanik samochodowy, ogrodnik oraz sanitariusz. Aktorstwa uczył się na deskach teatru, kierowanego przez Johna Malkovicha, Steppenwolf Theathre w Chicago, założonego przez Gary'ego Sinise'a, Jeffa Perry'ego oraz Terry'ego Kinney'a. Zagrał wówczas m.in. w sztukach "Tramwaj zwany pożądaniem" Tennessee Williamsa czy "Myszy i ludzie" Johna Steinbecka. Na dużym ekranie zadebiutował w 1982 roku w "Against All Hope" Edwarda T. McDougala. Z pracy w teatrze zrezygnował w 1983, aby zagrać w filmie "Gry wojenne" Johna Badhama. Wcielił się tam w postać Steve'a. W 1989 roku wystąpił u boku Vala Kilmera i Joanne Whalley w "Zabij mnie jeszcze raz". Rolą Vince'a Millera zwrócił na siebie uwagę Quentina Tarantino, który pamiętał o nim kompletując obsadę do "Wściekłych psów". W 1991 roku Madsen zagrał niewielkie role w obrazie nagrodzonym Oscarem dla najlepszego scenariusza oryginalnego, "Thelma i Louise" Ridley'a Scotta oraz "The Doors" Olivera Stone'a. 1992 rok przyniósł ze sobą rolę Pana Blondyna we "Wściekłych psach", u boku Harvey'a Keitela, Tima Rotha i Steve'a Buscemi. W 1993 Madsen wcielił się w postać Glena Greenwooda w filmie familijnym "Uwolnić orkę", dzięki czemu mógł na chwilę zerwać z wizerunkiem opryszka, który powielał we wcześniejszych produkcjach. Rok później aktor zagrał Virgila Earpa w obrazie "Wyatt Earp" Lawrence'a Kasdana, odrzucając tym samym rolę Vincenta Vegi w "Pulp Fiction" Quentina Tarantino. W późniejszych wywiadach Madsen przyznał, że był to największy błąd w jego karierze. W tym samym roku zagrał u boku Kim Basinger i Aleca Baldwina w "Ucieczce gangstera". W 1995 wystąpił w nominowanym do nagrody Saturna filmie Rogera Donaldsona, "Gatunek". Dwa lata później zyskał uznanie rolą Sonny'ego Blacka w obrazie Mike'a Newella, "Donnie Brasco". Film opowiadający o infiltracji środowiska mafijnego przez Joe'go Pistone'a, granego przez Johnny'ego Deppa był nominowany do Oscara dla najlepszego scenariusza adaptowanego. Do końca lat 90. aktor miał na swoim koncie ponad pięćdziesiąt ról w filmach i serialach. W 2002 roku Madsen wcielił się w niewielką rolę Falco w dwudziestym filmie, opowiadającym o przygodach agenta Mi6, Jamesa Bonda - "Śmierć nadejdzie jutro". Rok później zagrał jednego z płatnych morderców w "Kill Billu". Była to kolejna okazja do współpracy z Quentinem Tarantino. Początkowo aktor miał wcielić się w postać Johnny'ego Mo. Ostatecznie zagrał brata Billa - Buda. Rok później wystąpił w jego kontynuacji, nagrodzonym Saturnem, "Kill Billu 2". W 2004 Quentin Tarantino mówił w wywiadach o swoich planach nakręcenia filmu, którego bohaterami mieli być Vic i Vincent Vega, grani przez Madsena i Johna Travoltę we "Wściekłych psach" i "Pulp Fiction". Ostatecznie projekt nigdy nie doczekał się realizacji. W 2005 roku aktor wcielił się w postać detektywa Boba w ekranizacji komiksów Franka Millera, "Sin City - Miasto grzechu". W 2006 miał okazję sparodiować w "Strasznym filmie 4" bohatera, którego Tim Robbins zagrał w "Wojnie światów". W 2007 roku Madsen wystąpił w filmie "Strength and Honor", który przyniósł mu nagrody na Międzynarodowym Festiwalu Filmów Niezależnych i Wideo w Nowym Jorku, Mount Shasta International Film Festiwal oraz nagrodę na Festiwalu Filmowym w Bostonie. W kolejnych latach aktor grywał role w mało ambitnych filmach, źle ocenianych, zarówno przez widzów, jak i krytyków, takich jak "W paszczy krokodyla", "Klucz Salamandry" czy "2047: Rok śmierci". W 2015 roku wystąpił w nagrodzonej Oscarem dla najlepszej muzyki oryginalnej "Nienawistnej ósemce", a w 2019 w "Pewnego razu... w Hollywood". Michael Madsen przyznaje, że z całej puli produkcji w których zagrał ceni tylko "Kill Billa", "Donniego Brasco", "Wściekłe psy", "Gatunek" oraz "Uwolnić orkę". Wystąpił w ponad dwustu filmach i sam mówi, że większość z nich jest słaba, ale trzeba za coś płacić rachunki. Jedną z pasji Madsena jest pisanie poezji. Jego tomik "Burning in Paradise", do którego przedmowę napisał Dennis Hopper, zdobył nagrodę Independent Firecracker Award w 1998 roku, a następnie został przetłumaczony na język norweski. Jego poezja jest również nagradzana na międzynarodowych festiwalach poetyckich we Włoszech oraz Meksyku. Prywatnie pierwszą żoną Madsena była przyrodnia siostra Cher, Georganne LaPiere. W latach 1991-1995 był żonaty z Jeannine Bisignano, z którą ma dwóch synów - Christiana i Maxa. W 1996 roku jego żoną została DeAnna Morgan, która urodziła mu synów - Hudsona Lee, Calvina i Luke'a Raya. W 2012 roku Madsen został kilkukrotnie aresztowany - za jazdę samochodem, będąc w stanie odurzenia, niepłacenie alimentów oraz pobicie syna.