A 15 anni lasciò la casa dei genitori e ricevette lezioni di recitazione da René Simon. Si impose all'attenzione del grande pubblico con un capolavoro, Il porto delle nebbie (1938), di fianco a Jean Gabin. Per la sua interpretazione nel film del 1946 La symphonie pastorale vinse il premio per la migliore interpretazione femminile al Festival di Cannes. Nel 1942 sposò l'attore statunitense William Marshall dal quale ebbe un figlio, Michael (1944-2005). Dopo il divorzio (1948) sposò nel 1950 l'attore francese Henri Vidal al fianco del quale rimase fino alla morte di lui sopravvenuta nel 1959. Morgan appare inoltre in numerosi film in lingua inglese. Nel 1944 commissionò a un architetto la famosa casa di Los Angeles al 10050 Cielo Drive che in seguito divenne famosa per essere stata il luogo dell'omicidio, nel 1969, dell'attrice Sharon Tate a opera di Charles Manson. Per il suo contributo all'industria cinematografica, Michèle Morgan ha una stella nella Hollywood Walk of Fame al 1645 Vine Street. Nel 1969 il governo francese le conferì il titolo di Cavaliere della Legion d'onore, e nel 2009 fu elevata al rango di Grande Ufficiale dello stesso ordine. Nel 1992 le fu consegnato il Premio César alla carriera.