Народився письменник у Вінниці. Його батько Михайло Матвійович Коцюбинський працював дрібним службовцем, це була працьовита, але запальна і нестримана людина, яка мала важкий характер. Михайло Матвійович не міг терпіти утисків начальства і несправедливості, нерідко пив, через це мав складні стосунки з керівниками, тому йому доводилося часто міняти роботу.
Мати, Гликерія Максимівна Абаза (1837), всупереч волі батьків, 1863 р. вийшла заміж за вдівця М.М.Коцюбинського, в котрого уже було двоє дітей від першого шлюбу. Це була жінка добра, любляча, «поглядів поступливих», зі складною, тонкою й глибокою душею. Їй було властиве розуміння літератури та мистецтва. Вже солідним чоловіком Михайло Коцюбинський у своїх автобіографічних листах згадував так про матір: «Мати з більш сталим, ніж у батька, характером, з складною, тонкою і глибокою душевною організацією, добра, незвичайно любляча, здатна на самопожертву, особливо для мене, якого дуже любить. Має добрий смак, благородні погляди, любить літературу і штуку, поглядів поступових. Я ріс під впливом матері, до якої завжди був ближчим, ніж до батька. Всі кажуть, що ми подібні не тільки з обличчя, але й характером і уподобаннями».
Початкову світу Михайло осягав удома. В родині розмовляли російською. Малий Михайлик чув українську мову тільки від челяді, а сам нею не говорив з дитинства. Переходу на українську мову посприяли два разючі випадки з життя майбутнього автора. Першим випадком була недуга малого хлопця. «Занедужавши, - писав Коцюбинський в автобіографії, - на дев’ятому році на запалення легень, я в гарячці почав говорити по-українському, чим немало здивував батьків».
З 9 років хлопчик сам складає вірші і пісні, дотримуючись правил ритміки і традиційних тем пісень. У 12 років він пише російською мовою оповідання «Андрій Соловійко або Вчення світ, а невчення тьма». Закінчивши третій клас у Барській початковій народній школі, хлопець у 1876-1880 роках навчався в духовному училищі (бурса) в Шаргороді. «Серед тих авторів, яких я ковтав десятками, найбільше враження зробив на мене Марко Вовчок, а потому Шевченко», — згадував письменник пізніше. Ці книги справили на юнака таке сильне враження, що він полюбив красу української мови і вирішив стати письменником. Його талант незалишився непоміченим. Учитель словесності бурси, закінчивши перевіряти твори бурсаків на задану тему, зайшов у вчительську і з гордістю сказав: «Будемо мати свого літератора».
Після закінчення Шаргородської семінарії в 1880 році Коцюбинський поїхав у Кам'янець-Подільський, маючи намір навчатися в університеті, але ця мрія не здійснилася. Через важке матеріальне становище сім'ї юнакові не вдалося продовжити освіту: батько часто був без роботи, мати втратила зір, і йому довелося давати приватні уроки, щоб підтримувати сім'ю.
У Кам'янці-Подільському Коцюбинський зблизився з групою молодих семінаристів, ентузіастів-народників, що призвело до уваги з боку поліції. Подільське жандармське управління взяло Коцюбинського на облік. На квартирі Коцюбинських було зроблено кілька обшуків, а за Михайлом установлено таємний нагляд. Одного разу, повертаючись увечері додому, юнак помітив підозрілого незнайомця, що заглядав у вікна його хати. Не довго думаючи, він підбіг і вдарив своїм сукуватим ціпком незнайомця. Ним виявився жандарм – вартовий, що разом із іншими прийшов на квартиру Коцюбинського робити трус. Зухвалого молодика було заарештовано, звинувачено в нападі на поліцію та запроторено на три доби до буцегарні. Врешті-решт за ним встановлюють таємний поліційний нагляд: «На сімнадцятому році я вже мав політичний процес, і з того часу до останніх днів жандарми не позбавляють мене своєї ласкової опіки», – писав у автобіографічному листі митець.
Батько, тяжко переживаючи безробіття, покидає родину та їде до Тростянця, де остаточно спивається та помирає 1886 року. Після цього турбота про всю велику сім'ю повністю лягла на плечі Михайла. У зв'язку з цим він 1886-1889 роках працював домашнім учителем. Повернувшись додому в 1886, щоб підтримати родину — осліплу матір і братів, і сестер, юнак дає приватні уроки у Вінниці і продовжує вчитися самостійно.
Важливу роль у формуванні світогляду М.Коцюбинського відіграла його поїздка до Львова у 1890 р. Тут він знайомится з І.Франком, налагоджує контакти з редакціями журналів "Правда", "Зоря", "Дзвінок" та ін. Поїздка поклала початок постійному співробітництву письменника із західно-українськими виданнями.
У 1890 році у львівському часописі «Дзвінок» друкується його вірш «Наша хатка». А невдовзі побачили світ оповідання «Харитя», «Ялинка», що виразно свідчили про непересічний талант молодого автора. З 1892 по 1896 роки, за рекомендацією відомого бібліографа М. Комарова, М. Коцюбинський працює у складі Одеської філоксерної комісії, яка боролася з виноградною хворобою по селах Бессарабії.
Серед робітників філоксерних загонів було чимало українських студентів з Київського, Харківського, Одеського університетів. Тут письменник близько знайомиться з членами підпільного товариства «Братство тарасівців», що створювалося з палким бажанням відстоювати право самобутності української нації «скрізь, де тільки можливо». Глибокі враження від життя молдаван, а пізніше – і кримських татар лягли в основу оповідань «Для загального добра», «На камені» та інших.
Закінчивши роботу в комісії, письменник сподівався отримати посаду завідувача книжковим складом у Чернігівській губернській земській управі, але чернігівський губернатор не допустив його до цієї роботи. Після безуспішної спроби знайти постійну роботу в Чернігові, де жила сім'я, Коцюбинський тимчасово оселився в Житомирі, де з листопада 1897 по березень 1898 обіймав різні посади в редакції місцевої газети «Волинь». Навесні 1898 року нарешті отримавши роботу в Чернігівській земській управі, повернувся до сім'ї в Чернігів. Спочатку займав посаду діловода, тимчасово завідував столом народної освіти та редагував «Земський збірник Чернігівської губернії». У вересні 1900 поступив в міське статистичне бюро, де працював до 1911 року.
У Чернігові Коцюбинський зустрів Віру Устинівну Дейшу (1863-1921), яка стала його дружиною. Вона походила з дворян, з роду Гортінських, батько її був з козацького роду. Віра Дейша закінчила Чернігівську гімназію і деякий час викладала в жіночому духовному училищі французьку мову, математику і каліграфію.
Віра Дейша вела активну громадську діяльність, була арештована, відсиділа у Варшавській в'язниці сім місяців. Проживаючи в Чернігові, познайомилася з Михайлом Коцюбинським. Віра стає нареченою, а згодом дружиною письменника. Що це дійсно були споріднені душі, свідчать слова Михайла Михайловича: «Я так звик до тебе, ні, це слабий вираз, краще – так поріднився з тобою, що ти мені потрібна як повітря, як вода».
Віра Устимівна взяла на свої плечі весь побут родини, створювала всі умови, аби чоловік міг спокійно працювати, а також мав можливість їздити на відпочинок, на лікування за кордон, тому що така природа української дружини.
В сімї Коцюбинських було четверо дітей — Юрій, Оксана, Ірина, Роман. Щотижня у будинку письменника збиралась літературна молодь міста. Сюди приходили такі відомі у майбутньому письменники і поети, як Василь Блакитний, Микола Вороний, Павло Тичина. Згодом Коцюбинський почав мандрувати.
Але в житті у Михайла Коцюбинського було дві музи: дружина Віра Устимівна (1863—1921) — відома громадська діячка, багатодітна мати й господиня літературного салону та молодша від нього на шістнадцять років Олександра Аплаксіна, яка, полюбивши письменника, свідомо не зазнала щастя подружнього життя, материнства, бо не дозволила собі зробити будь-яких рішучих кроків, щоб забрати письменника з сім’ї.
Працювала вона в статбюро разом з Михайлом Коцюбинський, познайомилися в 1903 роціі, а за наступних 10 років написав він їй 335 листів. Як не дивно, до дружини писав українською мовою, а до "Шурочки" - російською.
Улітку 1907-го Віра Коцюбинська отримує анонімного листа: її чоловік має стосунки на боці. Михайло Михайлович після розмови з дружиною пише коханці: "Я уклонился от объяснений – ни да, ни нет. Так пока лучше. На все придет время". Він намагається через приятеля знайти роботу в іншому місті, щоб виїхати разом із Аплаксіною. Нічого не виходить. Вони далі переписуються і через рік Вірі Устинівні потрапляє до рук лист від Олександри її чоловікові – та не знала, що він ненадовго виїхав із Чернігова. Іде до Аплаксіної додому, просить її матір і молодшу сестру вплинути на Олександру. Але стосунки тривали до самої смерті Коцюбинського - він так і не міг визначитися між коханням та обв`язком перед сім`єю.
Перед революцією 1905-1907 років Коцюбинський створив оповідання «Fata Morgana. З сільських настроїв» (опублікований в «Киевской старине», 1904).
У 1905 році М. Коцюбинський подорожує країнами Центральної та Західної Європи, відвідує Австрію, Німеччину, Італію, Швейцарію. На жаль, це був не лише потяг його душі, а й потреба лікуватися. Після повернення він багато працює.
Під час чергового відвідування Галичини Коцюбинський побував на землях Гуцульщини, після чого створив один з кращих своїх творів — повість «Тіні забутих предків» (1911). Відпочиваючи в «Українській Афінах» (так жартома називали Криворівню) разом з Іваном Франком, Лесею Українкою, Гнатом Хоткевичем, Михайло Михайлович захопився цим краєм: «Я з головою пірнув у Гуцульщину... який оригінальний край! Який незвичайний казковий народ! — писав він. — Я дуже люблю правду. Хочу писати оповідання з гуцульського життя і боюся написати там неправду».
У 1911 році «Товариство прихильників української науки і мистецтва» призначило Михайлу Коцюбинському довічну стипендію у розмірі 2000 рублів на рік, щоб він міг звільнитися від служби. Незабаром письменник став відчувати себе все гірше (астма і туберкульоз). Через необхідність в лікуванні Коцюбинський відвідав Італію (острів Капрі) і деякі країни Європи (Відень, Флоренція, Рим, Неаполь, Греція, Туреччина). Під час поїздок на острів Капрі письменник часто зустрічався з Максимом Горьким, взимку 1911-1912 навіть жив у нього і написав там свої відомі твори «Коні не винні» і «Подарунок на іменини».
Помер Михайло Коцюбинський у страсну п’ятницю 12 квітня 1913 року вдома в Чернігові. Напередодні, у страсний четвер, у нього стався тяжкий серцевий напад. Його останніми словами були: «Жити хочу, жити!!». Але зболіле, стомлене серце зупинилося, і 15 квітня його ховатимуть на Болдиній горі в Чернігові на правому березі Десни.
Після смерті чоловіка Віра Устимівна працювала коректором у губернському земстві, потім служила в статистичному бюро. У грудні 1921 року вдова письменника Коцюбинського померла в Чернігові від важкої форми тифу. Її поховали поряд з чоловіком.