Михайло Омелянович-Павленко народився у Тифліській губернії в дворянській родині. Батько – Володимир Павленко – генерал від артилерії, син Омеляна Павленка – сотника Задунайського козацтва, який в 1829 році повернулося з Туреччини до Російської імперії. Мати Олександра походила із роду грузинських князів Русієвих-Курцебашвілі.

   Початок військової служби
   Закінчив Омський кадетський корпус, Павлівське військове училище. У чині підпоручика 1900 року почав службу у лейб-гвардійському Волинському полку, який дислокувався у Варшаві. Склад цього військового підрозділу комплектувався з правобережних українців.
    Участь у російсько-японській війні
   Під час російсько-японської війни 1904-1905 років поручик Михайло Павленко пішов на фронт добровольцем. Служив у розвідувальному підрозділі, брав участь у боях під Мукденом, Цзаарну, Баотайцзи. Дістав контузію й був змушений повернутися до Варшави. 1905 року Михайло Павленко написав посібник для старшин. Працю високо оцінили, й заохочений автор незабаром написав ще три книжки, які підписував «Омелянович-Павленко». Таке було своєрідне пошанування пам’яті діда-козака. У 1910 році Омелянович-Павленко закінчив Академію Генерального штабу. Перед Першою світовою війною керував Другою Одеською школою прапорщиків.
   Перша світова війна
   Початок Першої світової війни капітан Михайло Омелянович-Павленко?зустрів командиром роти лейб-гвадії Волинського полку, на чолі якої він і виступив 27 липня 1914 року на фронт. Справжня війна для нього почалася 28 вересня 1914 року, коли полк зайняв позиції навколо селища Гура Кальварія на Віслі. Разом з полком брав участь у боях під містами Ловеч та Турек. За бій на переправі у Гурі Кальварії командир першого батальйону волинців отримав орден Святого Володимира III ступеня, а в листопаді 1914 року, піднявши своїх солдатів у багнетну атаку в районі Лодзь – Торунь, Омелянович-Павленко був поранений і одержав офіцерський орден Святого Георгія IV ступеня. Поранення в плече, яке отримав Омелянович-Павленко у тому бою виявилося важким (проблеми з рукою далися взнаки на все життя). Переніс операцію, довго лікувався у шпиталі. Після боїв у Польщі Михайла підвищили до звання полковника та призначили черговим штаб-офіцером штабу 2-го Гвардійського корпусу. Він повернувся на фронт, але під час боїв на річці Стохід навесні-влітку 1916 року захворів на тиф і був евакуйований. Перенесена хвороба допоможе йому через три роки, коли українська армія згоратиме від епідемії, організм Михайла вже матиме певний імунітет. Одужавши Омелянович-Павленко перейшов на військово-педагогічну роботу в Петрограді, а в листопаді 1916 року став начальником Другої Одеської школи прапорщиків. На цій посаді і застала полковника Михайла Омеляновича-Павленка Лютнева революція 1917 року.
   Створення українських Збройних сил
   В Одесі Михайло Володимирович став керівником гуртка юнкерів-українців. А на початку травня 1917 року вже очолив українську військову маніфестацію. Відтоді й до кінця життя Михайло Омелянович-Павленко, який народився й виріс поза межами України і не знав української мови, щиро й назавжди пов’язав свою долю з Україною.
    У червні 1917 року М. Омелянович-Павленко ненадовго був відряджений на фронт, а восени його було призначено начальником військової залоги Катеринослава. Тут він став одним із організаторів Вільного козацтва – добровільної національної мілітарної організації, а також так званого Катеринославського гайдамацького куреня – частини, сформованої з військовослужбовців-українців російської армії. Наприкінці 1917 року полковник Омелянович-Павленко прибув до Києва – в розпорядження Військового міністерства Центральної Ради. Там він одержав призначення на посаду військового представника Центральної Ради при штабі Одеської військової округи. А незабаром обійняв посаду члена комісії з демобілізації Румунського фронту російської армії.
   У час Гетьманату Павла Скоропадського був підвищений до звання генерал-хорунжого і призначений у Полтаву на посаду начальника 11-ї пішої дивізії. Щоправда дивізією це з’єднання звалось умовно, радше то було ядро, з якого мала розгорнутися власне дивізія, бо замість 10 тис. вояків генералові підпорядковувалося трохи більше 200 старшин та підстаршин. Однак згодом внаслідок інтриг Омеляновича-Павленка усунули від керівництва дивізією, й він зайнявся формуванням Вільного козацтва на Катеринославщині.
   Коли наприкінці 1918 року вибухнуло антигетьманське повстання, Михайло Володимирович, не бажаючи брати участі в протистоянні між П. Скоропадським та Директорією, виїхав до Західно-Української Народної республіки (ЗУНР) і 10 грудня 1918 року очолив Галицьку армію.
   Визвольні змагання
   На початку травня 1919 року головнокомандувач Галицької армії Михайло Омелянович-Павленко та начальник штабу Віктор Курманович подали рапорти про свою відставку, одначе президент ЗУНР Є. Петрушевич її не прийняв.
   На службі ЗУНР Михайло Володимирович перебував до 7 червня 1919 року, коли Галицька армія, потерпаючи в протистоянні з польськими частинами від нестачі озброєння й медикаментів, відійшла до Збруча – на кордон із УНР. Генерал повернувся в розпорядження штабу Дієвої армії УНР.
   Об’єднані Галицька та Дієва армія УНР у липні 1919 року почали спільний переможний похід на Київ – Одесу. Зламавши спротив російських більшовицьких формувань, українські війська швидко досягли столиці, де зустрілися зі ще однією російською армією – білогвардійцями генерала Антона Денікіна, але поки що намагалися не вступати з ними у відкритий конфлікт.
   8 вересня 1919 року він став командувачем Запорізької групи – одного з найкращих з’єднань Дієвої армії УНР, на чолі якого вже невдовзі розпочав боротьбу з білогвардійцями.
   29 вересня 1919 року був призначений командиром Запорізького корпусу, а на початку грудня – командувачем Армії УНР. Восени 1919 року внаслідок політичних та військових помилок українського керівництва Галицька армія та Дієва армія УНР були змушені вступити у війну на кілька фронтів: проти червоних, білогвардійців та нейтрально-ворожих поляків. На додачу до всього спалахнула епідемія тифу, а уряди Антанти відмовилися пропускати до УНР закуплені за кордоном ліки. Українські війська швидко танули. За таких умов Галицька армія пішла на мирну угоду з білогвардійцями, а Дієва армія УНР опинилася в так званому «трикутнику смерті» – на невеличкому клаптику території поблизу містечок Чуднів та Любар (нині Житомирська область). Перед командуванням військ УНР постав вибір: або перейти на польську територію та інтернуватися, або долучитися до Галицької армії й шукати компроміс із більшовиками, або продовжувати боротьбу. Головний отаман Симон Петлюра та більшість політичного проводу обрали перший шлях і виїхали до Польщі. Дехто пішов на співпрацю з більшовиками та білими. Лише Василь Тютюнник, тоді – командувач Дієвої армії УНР, уже тяжко хворий на тиф, запропонував переформувати Дієву армію УНР у партизанські з’єднання й пройти ними рейдом по українській території, зайнятій білими та червоними військами, а навесні підняти повстання. В. Тютюнника активно підтримав М. Омелянович-Павленко, котрий, як старший за званням, зважаючи на хворобу В. Тютюнника, перебрав посаду командарма Армії УНР.
   Зимовий похід (як згодом його стали називати в історичних документах) почався 6 грудня 1919 року. Близько 5 тисяч бійців Армії УНР, долаючи спротив білих військ, прорвали фронт та вирушили до столиці. Діставшись до Київщини, Армія УНР змогла відпочити, одягнутись і позбутися наслідків епідемії – вояки були готові до подальшої боротьби. З лютого 1920 року почалися бої з червоними, що на той час уже витіснили білогвардійців.
   Тим часом у Варшаві Симон Петлюра уклав із польським урядом мирну угоду, яка передбачала створення польсько-українського військового союзу проти Радянської Росії. Поблизу Кам’янця-Подільського та в Бресті-Литовському розпочалось формування нових українських дивізій. Армія УНР, яка на чолі з Омеляновичем-Павленком за шість місяців Зимового походу пройшла 2500 км, 6 травня 1920 року перетнула лінію радянських військ і з’єдналася з польсько-українським фронтом. Зважаючи на велику популярність генерала, Головний отаман С. Петлюра залишив його на посаді командувача Армії УНР, до складу якої ввійшли тепер не лише частини партизанського рейду, а й новостворені українські війська. З’єднання УНР зайняли крайній правий фланг спільного польсько-українського фронту – в районі Кам’янця-Подільського, маючи в тилу річку Дністер, по якій проходив кордон із Румунією. Деякий час боротьба з червоними йшла успішно: союзникам навіть вдалося відбити Київ і в травні 1920 року пройти урочистим парадом по Хрещатику. Рятуючи ситуацію, радянське командування перекинуло в Україну 1-шу Кінну армію Будьонного, під навалою якої українські й польські війська відступили аж до Замостя.
31 травня 1920 року був підвищений до звання генерал-поручника.
   Польща була знекровлена й у жовтні 1920 року уклала з Радянською Росією перемир’я. Армія УНР фактично залишилася наодинці проти всіх радянських військ. Термін перемир’я сплив у ніч проти 11 листопада – й одразу по тому почалася гарматна канонада й наступ радянських військ. Одинадцять днів точилася запекла боротьба Армії УНР під проводом Михайла Омеляновича-Павленка з більшовиками. Але, зважаючи на значну перевагу ворога в силах, українські війська 21 листопада 1920 року відступили на польську територію. Армію УНР інтернували та роззброїли.
   Наприкінці 1921 року генерал Омелянович-Павленко, на вимогу уряду Польщі, на який тиснуло керівництво Радянського Союзу, виїхав до Праги.
   В еміграції генерал написав кілька книжок спогадів та військово-теоретичних посібників. Омелянович-Павленко – автор праць «Українсько-польська війна 1918-1919 рр.» (1929), «Зимовий похід» (1934) і спогадів «На Україні» (1930, 1935). Він мав добрі взаємини з усіма українськими емігрантськими військово-політичними організаціями, проте найбільше підтримував стосунки з військовою еміграцією УНР і керівниками УВО-ОУН (Української військової організації та Організації українських націоналістів).
   29 травня 1952 року у Парижі генерал Михайло Омелянович-Павленко пішов із життя. Похований на кладовищі Пер-Лашез.