Михаил Константинович Калатозов (при рождении Калатозишвили)родился 28 (15) декабря 1903 года в Тифлисе в семье агронома, происходившего из древнего княжеского рода Амирэджиби. В доме часто бывали представители интеллигенции. Учился в техническом училище, но события 1917 года внесли свои коррективы, он, будучи подростком, был вынужден работать, затем поступил на рабочий факультет.
В 1920-е годы работал на киностудии – от киномеханика и монтажёра до оператора и второго режиссёра, снялся как актёр в фильме «Дело Тариэла Мклавадзе» (1925) Ивана Перестиани.
В 1928 году выступил как кинорежиссёр, сняв совместно с Нино Гогоберидзе документальный фильм «Их царство» («18 — 28»), посвящённый меньшевистскому периоду Грузии. Фильм показал поэтическое и образное видение молодого режиссёра.
Художественно-документальный фильм «Соль Сванетии» (1930), наполненный пластичными экспрессивными образами, стал заметной работой своего времени, однако следующая картина «Гвоздь в сапоге» (1931) была признана «политически вредной» и запрещена.
В 1932 году переехал в Ленинград, поступил в Государственную академию искусствознания (ГАИС), принимал участие в деятельности Ленинградской организации Ассоциации работников революционной кинематографии. В 1937 году окончил аспирантуру ГАИС и был зачислен режиссёром на киностудию «Ленфильм».
В 1939 году на «Ленфильме» снял фильм о лётчиках «Мужество», тогда же вступил в партию.
В 1941 году на экраны вышел фильм «Валерий Чкалов», посвящённый подвигам героев-лётчиков. Для съёмки знаменитого полёта под Троицким мостом над Невой пришлось сделать шесть дублей, что проделал лётчик Евгений Борисенко на гидросамолёте в 1940 году (его фамилия была засекречена). Фильм имел огромный успех и показывался на экранах всей страны. Во время развенчания культа личности в 1962 году из фильма были вырезаны сцены со Сталиным и все упоминания о нём.
В 1942 году вышла военная драма о блокаде Ленинграда «Непобедимые», снятая совместно с Сергеем Герасимовым. Съёмки были начаты в условиях блокады ещё осенью 1941 года в Ленинграде, а закончены в эвакуации в Алма-Ате.
В 1943—1945 годах Калатозов был полномочным представителем Комитета по делам кинематографии в США, где он должен был пропагандировать советского киноискусства, отбирал американские фильмы для советского проката, а заодно знакомился с работой заокеанских коллег (позже вышла его книга «Лицо Голливуда»).
Вершиной творчества Калатозова стал фильм «Летят журавли» (по пьесе «Вечно живые» Розова), котрый получил главный приз Каннского кинофестиваля и вошёл в сокровищницу мирового кинематографа. Фильм стал революцией в военном советском кино, представив войну не как фронтовую жизнь, а как драму обычных людей.
В 1960 году вышел фильм «Неотправленное письмо», драматически повествующий о подвигах геологов. Во время съёмок фильма (на берегах рек Уса и Енисей) актёру Василию Ливанову пришлось говорить на ветре и морозе в -40 градусов, он простудил горло, в результате чего его голос приобрёл свой фирменный хрипловатый тембр. Фильм участвовал в Каннском кинофестивале.
Последней картиной Калатозова стала «Красная палатка» (1969), основанная на реальных событиях — истории спасения полярной экспедиции Умберто Нобиле 1928 года в Арктике.
Умер 26 марта 1973 года в Москве. Его сыновья Георгий Калатозишвили и Михаил Калатозишвили стали кинооператорами, кинорежиссёрами, актёрами и сценаристами.
