Né le 27 Novembre 1968 à Boulogne-Billancourt. d'un père français et d'une mère américaine, il a grandi à Fleury en Normandie.
A 18 ans il s'installe à Los Angeles mais revient souvent en France où il a notamment joué dans Fiorile de Paolo et Vittorio Taviani et dans lequel il incarnait deux personnages.
Michael Vartan a partagé avec Drew Barrymore la vedette de College Attitude de Raja Gosnell, qui marquait son premier rôle principal dans une production majeure.
Il avait précédemment joué dans plusieurs films indépendants comme Back Home avec Julianne Moore ou the Curve avec Kéri Russell, qui ont tous deux été présentés au Festival de Sundance.
Il a également été l'un des interprètes d'Extravagances de Beeban Kidron avec Wesley Snipes, Patrick Swayze et John Leguizamo, et du Porteur de cercueil de Matthew Reeves.
Il était à l'affiche de Un couple presque parfait de John Schlesinger et dans le thriller psychologique Photo Obsession de Mark Romanek, présenté au Festival de Sundance 2002.
Il est à la télévision l'agent Vaughn aux côtés de Jennifer Garner dans la série à succès "Alias", qui en est à sa quatrième saison de diffusion. La série a remporté le People's Choice Award de la meilleure série dramatique.
Il a joué Lancelot dans la mini-série en deux parties "The Mists of Avalon" avec Anjelica Huston, Julianna Marguiles et Joan Allen.
Le 22 juin 2005 il est à l'affiche de la comédie de Robert Luketic, Sa mère ou moi, aux côtés de Jane Fonda et Jennifer Lopez. On ne peut rêver meilleur casting.
Après avoir joué dans deux films français, il s'impose dans Fiorile des frères Taviani qui lui vaut d'être nommé au César du Meilleur Espoir Masculin. Il décroche ensuite un rôle dans Le porteur de cercueil avec David Schwimmer et Back Home avec Julianne Moore.
En 2008, il fait un retour vers le fantastique avec Solitaire de Greg Mc Lean.