Михаил Арнаудов завършва гимназия в родния си град и славянска филология във Висшето училище (дн. Софийски университет) в София (1898). Специализира през 1898-1900 индогерманско езикознание, философия и литература в Германия (Лайпциг и Берлин) при А. Лескин, Е. Виндиш, Ф. Бругман, В. Вунд, К. Гелднер. Известно време е гимназиален учител във Видин и София. През 1903-1904 специализира в Прага, където защитава докт. Дисертация по философия, славянска филология и иднология при Т. Г. Масарик, Й. Зубати, И. Поливка. През 1907 г. е поддиректор на Нар. библиотека в София. Посещава Париж и Лондон (1908-1909) във връзка с научните си проучвания. Доцент (1908), извънреден професор (1914), редовен професор (1919) в Софийския университет. Титуляр на Катедрата по славнителна литературна история (1928-1944). Декан на историко-филологическия факултет (1921-1922), ректор на Соф. Университет (1935-1936). Директор на Народния театър в София (1926). Дописен член на БАН (от 1918), действителен член (акад.) - от 1929. Член на Украинската академия на науките, на Унгарската литературна академия "Петьофи", почетен доктор на науките в Хайделберг (1936) и Мюнстер (1943). Академик.