Kartman depuis ses dix ans, Michael Ammermüller est sacré niveau européen (Junior) en 2000. Il continue le karting au niveau international la saison suivante puis fait ses débuts en monoplace en 2002, sur Formule BMW allemande.

Il intègre en 2003 le Red Bull Junior Team pour son parcours méritoire sur ses deux ans 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, une pole position en deux courses) et en Eurocup. En 2005, au sein du même team, il cumule Formule Renault Italia et Eurocup, où il finit deuxième de chaque catégorie (accumulant neuf victoires, vingt-et-un podiums et sept poles).

Michael s'engage en 2006 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, Arden n'est plus que l'ombre d'elle-même et il achève la saison à la onzième place du classement. Cependant, Red Bull décide de lui confier le rôle de troisième pilote pour les trois derniers Grands Prix de la saison.

a saison 2007 marque un tournant dans sa carrière : Michael obtient le volant de troisième pilote chez Red Bull, et est recruté en GP2 par l'écurie ART, vainqueur de deux derniers championnats. Malheureusement sa saison va tourner au cauchemar : dès la première manche à Bahreïn il se blesse au poignet et doit déclarer forfait pour quelques courses. A son retour, ses résultats sont très médiocres et il est finalement renvoyé et 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, n'obtenant qu'une pole et une poignée de points. Durant l'hiver 2007-2008, il participe à l‘A1 GP pour l'écurie allemande, et se fait remarquer en étant impliqué dans de nombreux incidents de course. Il gagne tout de même une manche à Zhuhai.

Pour les saison 2008 et 2009, Michael s'implique dans un nouveau championnat, l'International Formula Master. On va ensuite le voir lors des courses d'endurance mais surtout en Porsche Carrera Cup et en Supercup dont il remporte le championnat de 2017 à 2019.