Michiel Huisman wurde in Amstelveen, nahe der Hauptstadt Amsterdam, geboren. Mit zehn Jahren begann er das Schauspielern. In den Niederlanden war er ein Mitglied der Band Fontaine, die unter anderem die Filmmusik zu dem niederländischen Film Costa! einspielte. Huisman selbst übernahm im genannten Film eine der Hauptrollen. Später löste sich die Band auf. Danach spielte Huisman vorwiegend in vereinzelten Episoden verschiedener Fernsehserien und kleineren Filmproduktionen mit. Für diese Arbeit wurde er mehrfach für Preise nominiert und ausgezeichnet.
Mit einer wiederkehrenden Rolle als Sonny in der HBO-Serie Treme, die Huisman von 2010 bis 2013 spielte, etablierte er sich im amerikanischen Fernsehen. Es folgten Auftritte in Nashville (2012 bis 2014) und Orphan Black (2014 bis 2015). Von der vierten bis zur sechsten Staffel der HBO-FantasyserieGame of Thrones spielte er die Rolle des Söldners Daario Naharis, die in der dritten von Ed Skrein verkörpert worden war. Huisman spielte zudem in mehreren Hollywoodfilmen mit, darunter Nebenrollen in World War Z (2013) und Der große Trip – Wild (2014) sowie eine Hauptrolle neben Blake Lively in Für immer Adaline (2015).
Michiel Huisman ist seit 2008 mit Tara Elders verheiratet und Vater einer Tochter (* 2007). Gemeinsam leben sie in New Orleans, dem Drehort von Treme.