Douglas sinh ra ở New Brunswick, New Jersey, là con đầu lòng của hai diễn viên Kirk Douglas (1916–2020) và Diana Dill (1923–2015).[4][5] Cha mẹ ông gặp nhau tại Học viện kịch nghệ Hoa Kỳ.[6]

Cha ông là người Do Thái và có tên khai sinh là Issur Danielovitch. Ông bà nội của Michael là dân di cư từ Chavusy thuộc Đế quốc Nga (tức Belarus ngày nay).[7][8][9][10][11][12] Mẹ ông đến từ giáo xứ Devonshire, Bermuda và có tổ tiên là người Anh, Ireland, Scotland, Wales, Pháp, Bỉ và Hà Lan.[13] Cậu của Douglas là chính trị gia Sir Nicholas Bayard Dill, còn ông ngoại của Douglas, Trung tá Thomas Melville Dill là nguyên Tổng chưởng lý của Bermuda, nắm giữ chức Nghị sĩ của Quốc hội Bermuda (MCP) và sĩ quan chỉ huy của Lực lượng Pháo binh Dân quân Bermuda.[14]

Cụ cố của ông tên Thomas Newbold Dill (1837–1910), là một thương gia, một MCP của Giáo xứ Devonshire từ 1868 đến 1888, thành viên hội đồng lập pháp và trợ lý tư pháp từ 1888, thị trưởng thành phố Hamilton từ 1891 đến 1897, phục vụ trong nhiều ủy ban và hội đồng, đồng thời là thành viên của Giáo hội Devonshire (Giáo hội Anh) và ủy ban trực thuộc Giáo xứ Devonshire. Cha của Thomas Newbold Dill (cũng tên Thomas Melville Dill) là một vị thuyền trưởng đưa con tàu Sir George F. Seymour đóng ở Bermuda di chuyển từ Bermuda đến Ireland trong 13 ngày vào tháng 3 năm 1858, nhưng bị mất chứng chỉ thuyền trưởng sau vụ đắm con tàu Cedrine do người Bermuda đóng trên Đảo Wight, trong lúc đưa những người lao động bị kết án cuối cùng từ Xưởng đóng tàu Hải quân Hoàng gia ở Bermuda về Anh vào năm 1863.[15] Giám mục hiện tại (được bổ nhiệm vào ngày 29 tháng 5 năm 2013) của Bermuda, ông Reverend Nicholas Dill là anh em họ của Michael Douglas.[16][17][18]

Douglas có một người em trai, Joel Douglas (sinh năm 1947), và hai người em cùng cha khác mẹ, Peter Douglas (sinh năm 1955) và Eric Douglas (1958–2004) từ mẹ kế Anne Buydens.

Douglas theo học Trường Allen-Stevenson ở thành phố New York, Trường Eaglebrook ở Deerfield, Massachusetts và Trường Dự bị Choate (nay là Choate Rosemary Hall) ở Wallingford, Connecticut. Ông nhận bằng cử nhân ở môn kịch nghệ tại Đại học California, Santa Barbara năm 1968,[19] nơi ông cũng là chủ tịch danh dự của Hội cựu sinh viên UCSB. Ông theo học diễn xuất với Wynn Handman tại Nhà hát American Place ở thành phố New York.[20][21]