Михаил Ларионов родился в 1881 году в Тирасполе Херсонской губернии. Спустя 10 лет семья переехала в Москву. Здесь Ларионов начал обучение в Московском училище живописи, ваяния и зодчества, где преподавали Серов, Левитан и Коровин. На каникулы молодой художник возвращался в родной город, писал с натуры. В Тирасполе он создал лучшие импрессионистические произведения «Розовый куст после дождя» и «Акации весной».
В училище Михаил Ларионов спорил с начальством, пренебрегал дисциплиной, даже был отчислен из-за конфликта с преподавателями. Позже его восстановили в учебе, и в 1910 году он получил диплом. В училище Ларионов познакомился с художницей Наталией Гончаровой, будущей спутницей жизни и коллегой.
В 1910 году Михаил Ларионов стал одним из организаторов скандальной выставки представителей раннего авангарда «Бубновый валет», а затем организовал свою выставку «Ослиный хвост». Участники объединения «Ослиный хвост» вдохновлялись народным искусством: лубочными картинками, промыслами, вывесками городских лавок.
В 1907–1912 годах Ларионов писал картины на темы провинции и солдатской жизни. Особенно ярко примитивистская концепция Ларионова воплотилась в полотне «Отдыхающий солдат». Для работы над ним художник ездил на лагерные сборы, наблюдая за солдатами в часы отдыха. Картина Ларионова нарушает все правила живописи тех лет: персонаж лежит в неестественной позе, окружающая его среда изображена обыденно и грубо, без проработки деталей.
В 1912 году Михаил Ларионов создал новую художественную концепцию – лучизм, где формы образовывались в результате пересечения лучей, отраженных от различных предметов.
В Первую мировую войну Михаил Ларионов был призван на службу, а после ранения в 1915 году поселился во Франции, где прожил оставшуюся жизнь. В Париже вместе с Наталией Гончаровой он создавал декорации и костюмы для Русских сезонов Сергея Дягилева, став визитной карточкой антрепризы. После смерти Дягилева в 1929 году Ларионов меньше занимался живописью. Он собирал произведения искусства для состоятельных клиентов.
В 1955 году Михаил Ларионов и Наталия Гончарова официально стали супругами, а спустя семь лет художницы не стало. Ларионов вскоре женился на Александре Томилиной, своей старой знакомой, служащей французской библиотеки.
Умер в парижском пригороде Фонтене-о-Розв 1964 году. Похоронен на кладбище в Иври-сюр-Сен. После его смерти в 1964 году Томилина проводила выставки Ларионова и Гончаровой в Европе и Америке, а затем и Москве, передала часть коллекции в СССР. В 1980-х годах картины и документы поступили в Третьяковскую галерею, как и хотели художники.