Bay a fait d'éclatants débuts au cinéma avec Bad Boys, avec Will Smith et Martin Lawrence, plus gros succès de la Columbia pour l'année 1995 avec plus de 160 millions de dollars de recette mondiale. Un an plus tard, il réalisait Rock avec Sean Connery et Nicolas Cage, qui a remporté lui aussi un énorme succès au box-office.
Réalisateur et producteur de la démesure, il a ensuite réalisé et produit Armageddon, dont les vedettes sont Bruce Willis, Ben Affleck, Billy Bob Thornton et Liv Tyler, et Pearl Harbor avec Ben Affleck, Josh Hartnett et Kate Beckinsale. Diplomé du cursus cinéma de la Wesleyan University et de l'Art Center College of Design of Pasadena, il réalise son premier clip vidéo professionnel à 24 ans, parallèlement à ses études, pour Donny Osmond. Il est rapidement engagé par Propaganda Films, chez qui il signera des clips pour des artistes comme Aerosmith, Tina Turner, Meat Loaf ou les DiVinyls. Il se forge très vite une solide renommée et obtient plusieurs nominations aux MTV Awards, remportant ce prix très convoité en 1992.
Parallèlement aux vidéo clips, Michael Bay aborde la réalisation de films publicitaires. Son premier spot réalisé pour La Croix Rouge Américaine, obtient un Clio Award. En à peine trois ans, Michael Bay réalise des campagnes pour des marques prestigieuses comme Nike, Budweiser, Coca-Cola, Reebok ou Miller Lite. Il remporte la quasi totalité des trophées décernés par l'industrie de la publicité, qu'il est l'un des plus jeunes à avoir obtenus. Lauréat de plusieurs Clio Awards, il a reçu le Grand Prix Clio de la publicité de l'année pour son spot très audacieux " Got Milk/Aaron Burr ". Alliée a deux autres clips, cette publicité pour le lait a été qualifiée de Meilleure campagne publicitaire de l'année par le Museum of Modern Art de New York. Sa campagne The best beer, pour la bière Miller a remporté le Lion d'Oer au festival du film publicitaire de Cannes - la plus grande compétition mondiale dans ce domaine - tandis que Got Milk obtenait le Lion d'Argent.
Il a été nommé en 1995 réalisateur de publicité de l'année par le Director's Guild of America. Il a depuis accumulé d'autres prix pour plusieurs nouvelles campagnes et publicités. Il a fait diverses apparitions à l'écran, notamment dans Armageddon, Mystery Men de Kinka Usher et Coyote Girls de David McNally.
Il a créé sa société de production, Platinium Dunes afin de produire des films à "petits" budgets destinés à un large public. Le premier sera une version entièrement nouvelle du film d'horreur culte Massacre à la tronçonneuse, Massacre à Tronçonneuse : le commencement, sortie en 2007 en France. A 16 millions de dollars, soit 4 fois le budget moyen d'un premier film français, petit budget doit se prendre toutes proportions gardées.
Beaucoup de ses films, en tant que réalisateur et producteur, font preuve d'un goût certain pour le montage ultra rapide, la pyrotechnie et les destructions massives, et, partant, bénéficient. Son Transformers, monté avec Steven Spielberg, de sortie à l'été 2007, conjugue ces traits qui ont fait sa renommée - ou sa detestation. En 2009, sort Transformers 2.
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