Kartman depuis l'âge de dix ans, Michael Ammermüller est sacré champion d'Europe junior en 2000. Il poursuit le karting au niveau international la saison suivante, puis fait ses débuts en monoplace en 2002 sur une Formule BMW allemande.

En 2003, il intègre le Red Bull Junior Team en récompense de ses deux années méritoires en Formule BMW. L'année suivante, il fait ses débuts chez Jenzer Motorsport dans trois championnats de Formule Renault : en Allemagne (troisième avec cinq podiums), en Italie (deux podiums et une pole position en deux courses) et en Eurocup. En 2005, il reste dans le même team et cumule la Formule Renault Italia et l'Eurocup, terminant deuxième de chaque catégorie (avec neuf victoires, vingt-et-un podiums et sept pole positions).

En 2006, il s'engage dans les GP2 Series chez Arden, en remplacement de Heikki Kovalainen. Il signe une victoire dès la deuxième course à Valence, mais le reste de la saison, l'équipe Arden n'est plus que l'ombre d'elle-même et il achève la saison à la onzième place du classement. Cependant, Red Bull lui confie le rôle de troisième pilote pour les trois derniers Grands Prix de la saison.

La saison 2007 marque un tournant dans sa carrière : il devient le troisième pilote de l'écurie Red Bull et est recruté par l'équipe ART en GP2, qui a remporté les deux derniers championnats. Malheureusement, sa saison tourne au cauchemar : dès la première manche, à Bahreïn, il se blesse au poignet et doit déclarer forfait pour plusieurs courses. A son retour, ses résultats sont très médiocres, et il est finalement renvoyé, remplacé par Sébastien Buemi.

Le jeune Allemand retrouve alors un volant en World Series chez Carlin Motorsport, mais il n'y brille pas non plus, ne décrochant qu'une pole position et quelques points. Durant l'hiver 2007-2008, il participe à l'A1 Grand Prix pour l'équipe allemande et se fait remarquer en étant impliqué dans de nombreux incidents de course. Il remporte tout de même une manche à Zhuhai.

Pour les saisons 2008 et 2009, Michael participe à un nouveau championnat : l'International Formula Master. On le voit ensuite lors de courses d'endurance, mais surtout en Porsche Carrera Cup et en Supercup, dont il remporte le championnat de 2017 à 2019. En 2020, il remporte le championnat ADAC GT Masters, puis se classe deuxième l'année suivante.