ไมเคิล เบย์ เกิดที่ ลอส แอนเจลิส รัฐแคลิฟอร์เนีย เขาถูกเลี้ยงดูโดยครอบครัวอุปถัมภ์คือ แฮร์ริเอ็ธ ผู้เป็นแม่ ที่มีกิจการร้านหนังสือและนักจิตวิทยาเด็ก และ จิม ผู้เป็นพ่อที่มีอาชีพเป็นนักการตลาด เบย์เติบโตมาแบบชาวยิว ปู่ของเขานั้นมีพื้นเพเป็นชาวรัสเซีย ญาติของเขาอีกคนนาม ซุซาน เบย์ เป็นภรรยาของนักแสดงระดับตำนานจาก สตาร์ เทรค นาม เลโอนาร์ด นิมอย (ซึ่งเป็นผู้ให้เสียงเซนติเนล ไพร์ม ในทรายส์ฟอร์เมอร์ส 3: ดาร์ค ออฟ เดอะ มูน) ปัจจุบัน ซูซาน เบย์เป็นหม้ายเนื่องจากเลโอนาร์ดได้เสียชีวิตไปแล้วเบย์ได้เข้ารับการศึกษาที่โรงเรียนครอสโรดส์ ในเมืองซานตาโมนิกา รัฐแคลิฟอร์เนีย ในช่วงวัยเด็กไมเคิล เบย์มักจะมีความสนใจด้านภาพยนตร์ตลอด ครั้งหนึ่งเขาเคยหยิบแท่งพลุไฟมาจุดใส่รถไฟของเล่นและทำการบันทึกวิดีโอด้วยกล้อง 8 มิลลิเมตรของแม่เพื่อสร้างเป็นภาพยนตร์สั้น แต่เหตุการณ์นั้นเขาถูกเพื่อนบ้านแจ้งว่าเขาเป็นผู้ก่อเหตุไฟไหม้ภายในบ้าน