Майкл родился в семье актёра Джеймса Гандольфини и его жены Марси Вударски. Майкл с детства хотел стать актёром, но его отец был против этого, советуя Майклу стать спортсменом или режиссёром.

Отец Майкла скончался 19 июня 2013 года в возрасте 51 года в Риме, куда он приехал с семьёй для получения награды на кинофестивале Taormina Film Fest в Сицилии. Майкл нашёл его лежащим на полу ванной комнаты отеле Boscolo Exedra Roma, Джеймса доставили в больницу, где была зафиксирована его смерть от сердечного приступа.

После смерти отца Майкл решил стать актёром. Окончив школу, он поступил в Нью-Йоркский университет. В 2018 году он получил эпизодическую роль в фильме «8 подруг Оушена». Первой крупной работой Гандольфини на телевидении стала роль Джоуи Дуайера в сериале «Двойка», в котором он снимался в 2018—2019 годах.

В 2021 году Гандольфини снялся в криминальной драме братьев Руссо «По наклонной». В том же году он сыграл роль молодого Тони Сопрано в фильме «Множественные святые Ньюарка» — приквеле сериала «Клан Сопрано», где ту же роль исполнял его отец. Майкл признался, что не смотрел «Клан Сопрано» до того, как начал подготовку к роли.