Fils de l'acteur Harvey Lembeck.

Michael Lembeck ne tarde pas à suivre les traces de son père. Après avoir étudié la comédie à la Beverly Hills High School dans la même promotion qu'Albert Brooks et Richard Dreyfuss, il s'oriente rapidement vers le cinéma et la télévision.

Il fait ses premières apparitions en tant qu'acteur dans le téléfilm Gidget grows up (1969) et au cinéma dans The Boys in company C de Sidney J. Furie. Plus actif au petit écran, Michael Lembeck incarne Abbie Hoffman dans le téléfilm primé The Trial of the Chicago 8, tient un rôle régulier dans la série Mary Hartman, Mary Hartman et interprète Max, le mari de Mackenzie Phillips, dans One day at a time.

En tant que metteur en scène, Michael Lembeck reçoit l'Emmy Award 1996 pour une série comique pour la réalisation de plusieurs épisodes de Friends. Il dirige également de nombreux épisodes des feuilletons Dingue de toi (1992), interprété par Helen Hunt et Paul Reiser, et Everybody loves Raymond (1996). En 2001, il réalise son premier long métrage : Hyper Noël, la suite de Super Noël, avec Tim Allen dans le rôle principal.