Michelle Barthel grandit à Nottuln et va au lycée de Münster, où elle commence le théâtre.
En 2003, elle décroche son premier rôle dans le film pour enfants Der zehnte Sommer. Elle joue dans le téléfilm Keine Angst réalisé par Aelrun Goette en 2009. Son rôle lui vaut d'être nommée pour le Prix Adolf-Grimme, et d'obtenir le FIPA d'or en 2010[1].
Elle joue ensuite dans des téléfilms tirés de la série Tatort.
Elle joue de plusieurs instruments et vit à Berlin.
