Michael Stuhlbarg ha sido durante años un reconocido actor en el mundo del teatro de Nueva York, pero no fue hasta interpretar a Larry Gopnik, el protagonista de Un Tipo Serio de los hermanos Coen, cuando fue verdaderamente reconocido en la industria gracias a su nominación al Globo de Oro al mejor actor en una película.

Entre sus otros trabajos cinematográficos caben destacar Call Me by Your Name, de Luca Guadagnino; La Forma del Agua, de Guillermo del Toro; El Caso Sloane, junto a Jessica Chastain; Dr. Strange (Doctor Extraño), de Marvel; La Llegada, de Denis Villeneuve; Steve Jobs, dirigida por Danny Boyle; Trumbo. La Lista Negra de Hollywood, con Bryan Cranston; Miles Ahead, con Don Cheadle; El Caso Fischer, de Ed Zwick; Lincoln, de Steven Spielberg; Blue Jasmine, de Woody Allen; Cut Bank; Hitchcock; Men In Black 3 (Hombres de Negro III); La Invención de Hugo, de Martin Scorsese; Red de Mentiras, de Ridley Scott; La Zona Gris, de Tim Blake Nelson; Cold Souls, de Sophie Barthes; y el cortometraje homenaje de Martin Scorsese a Alfred Hitchcock, La Clave Reserva. Entre sus trabajos más recientes podemos encontrar Shirley, junto a Elisabeth Moss; Doctor Strange en el Multiverso de la Locura, de Marvel; Hasta los Huesos: Bones and All, de Luca Guadagnino; Los Instigadores, de Doug Liman; y Amateur, de James Hawes. Acaba de colaborar de nuevo con Luca Guadagnino en CAZA DE BRUJAS.
Stuhlbarg interpreta al jefe mafioso neoyorquino Arnold Rothstein en la premiada serie de HBO Boardwalk Empire, además de aparecer en Transparent, de Amazon; la tercera temporada de Fargo, de FX; The Looming Tower, de Hulu, por la que obtuvo una nominación al Emmy; la miniserie Traidores, de Netflix y Channel 4, escrita por Bash Doran; Dopesick: Historia de una Adicción, de Hulu, que le valió una segunda nominación al Emmy; The Staircase, de HBO Max; y Your Honor, de Showtime.

En 2005 Stuhlbarg fue nominado al Tony y ganó el premio Drama Desk por su interpretación en The Pillowman, de Martin McDonagh. También ha sido galardonado con el premio New Dramatists Charles Bowden Actor y con el premio Elliot Norton del Teatro de Boston, este último por su interpretación en Long Day’s Journey into Night. Se ha subido al escenario de Broadway también en las producciones del National Actors Theatre de Saint Joan, Three Men on a Horse, Timon of Athens y The Government Inspector; Taking Sides, de Ronald Harwood; la reposición de Cabaret dirigida por Sam Mendes; y The Invention of Love, de Tom Stoppard. Ha aparecido recientemente en la producción de Broadway Patriots, de Peter Morgan (nominaciones al Tony, Outer Critics Circle, Drama League y Drama Desk), interpretando el papel principal del oligarca ruso Boris Berezovsky.

Stuhlbarg ha trabajado en numerosas ocasiones en el New York Shakespeare Festival. Entre sus interpretaciones más aclamadas por la crítica figuran Sir Andrew Aguecheek en Twelfth Night, el papel protagonista en Ricardo II y Hamlet, en la producción esta última de Oskar Eustis por la que obtuvo un premio Drama League, y más recientemente el papel protagonista en Sócrates, de Tim Blake Nelson. Ha trabajado también fuera de Broadway en títulos como The Voysey Inheritance, dirigida por David Warren (premios Obie y Callaway y una nominación al premio Lucille Lortel); Cimbelino, donde repitió papel en la versión británica de la obra; Old Wicked Songs (premio Drama League); Measure for Pleasure (nominación al Lucille Lortel) y The Grey Zone.

Stuhlbarg estudió en la escuela Juilliard, en UCLA, en el Conservatorio de Vilna en Lituania (unidad de estudios Chejov), en la British-American Drama Academy de Balliol y Keble en Oxford, y estuvo becado con Marcel Marceau.