Михаил Иванович Авилов родился 18 сентября 1882 года в Петербурге. С детства его тянуло к искусству, и родители, заметив талант сына, без колебаний отдали его в Рисовальную школу при Обществе поощрения художеств, когда Мише было всего одиннадцать лет.

После гимназии Авилов учился у известного гравёра и иллюстратора Льва Дмитриева-Кавказского. Однако вскоре он вернулся к живописи, которая стала его главным призванием.

С 1894 года Михаил начал посещать Высшее художественное училище при Академии как вольнослушатель. Под руководством мастера панорамной живописи Франца Рубо и художника-анималиста Николая Самокиша он достиг значительных успехов и окончательно определился со своим призванием.

Участие в Первой мировой войне стало важным этапом в жизни Авилова. Сражения, солдатский быт и постоянная угроза смерти не оттолкнули его от искусства, а наоборот, усилили его страсть к творчеству.

В годы войны он создавал военные зарисовки, которые публиковались в петербургских журналах. Его работы выставлялись, а в 1916 году Общество поощрения художеств наградило его премией за картину «Опричники».

Годы революции и гражданской войны Авилов провёл вдали от родного Петербурга (Петрограда) — в Сибири. Он жил и работал в Барнауле, Иркутске и Тюмени. Художник создавал плакаты, оформлял городские праздники и массовые мероприятия, а также преподавал.

В 1921 году он вернулся в родной город и начал преподавать во ВХУТЕМАСе и Рисовальной школе.

С 1922 по 1930 год Авилов трудится в ленинградском художественно-промышленном техникуме. Несмотря на занятость, он не прекращает заниматься творчеством: пишет картины на исторические темы, воссоздаёт сцены сражений Первой мировой и Гражданской войн.

Во время Второй Мировой войны, будучи уже в преклонном возрасте, Авилов не мог участвовать в сражениях. До декабря 1941 года он жил и работал в Ленинграде.

В 1943 году он представил обществу «Поединок Пересвета с Челубеем на Куликовом поле». Картина, написанная по сюжету из летописей, воспринималась как аллегория решающего противостояния немецким захватчикам в Сталинградской битве. После войны, в 1946 году, работа Авилова была отмечена Сталинской премией.

В 1947 году Михаил Иванович стал действительным членом Академии художеств и начал преподавать в Ленинградском институте имени Ильи Репина, где проработал до конца жизни. В 1953 году он получил звание народного художника РСФСР.

М. И. Авилов скончался 14 апреля 1954 года в Ленинграде. Похоронен на Тихвинском кладбище. Его произведения хранятся в крупнейших российских музеях, включая музей имени Александра Пушкина, Государственный Русский музей и Третьяковскую галерею.