Michael Edward Fossum nasceu a 19 de Dezembro de 1957 em Sioux Falls, Dacota do Sul, mas cresceu em McAllen, Texas. Os seus passatempos favoritos são as actividades familiares, motociclismo e campismo. O principal passatempo é o seu cargo de Chefe Escuteiro num Agrupamento.
Em 1976 finalizou os estudos na Escola Secundária de McAllen, Texas, ingressando depois na Universidade A&M Texas, onde terminou o seu bacharelato em Engenharia Mecânica em 1980. No ano seguinte obtinha o mestrado em Engenharia de Sistemas pelo Instituto de Tecnologia da Força Aérea e em 1997 obtinha um novo mestrado em Ciências Físicas (Ciências Espaciais) pela Universidade de Houston-Clear Lake.
Fossum recebeu a sua comissão na Força Aérea dos Estados Unidos a partir da Universidade A&M Texas em Maio de 1980. Após a finalização dos seus trabalhos de graduação no Instituto de Tecnologia da Força Aérea em 1981, foi designado para o Centro Espacial Johnson da NASA onde apoiou as operações do vaivém espacial desde a missão STS-3. Foi seleccionado para a Escola de Pilotos de Teste da Força Aérea na Base Aérea de Edwards, Califórnia, onde se formou em 1985. Após a sua graduação, Fossum serviu na Base Aérea de Edwards como Engenheiro Teste de Voo no Esquadrão de Teste do F-16, trabalhando numa variedade de estruturas de voo, sistemas aviónicos e programas de desenvolvimento de armamento. Entre 1989 e 1992 serviu como Gestor de Testes de Voo no Destacamento 3 no Centro de Testes da Força Aérea. Fossum demitiu-se do serviço activo em 1992 para trabalhar para a NASA e reformou-se como Coronel das Reservas da Força Aérea dos Estados Unidos em 2010. Acumulou mais de 1800 horas de voo em 35 tipos distintos de aeronaves.
Em Janeiro de 1993 Fossum começou a trabalhar na NASA como engenheiro de sistemas. As suas principais responsabilidades eram a avaliação da cápsula russa Soyuz para ser utilizada como veículo de emergência para a nova estação espacial. Mais tarde em 1993, Fossum foi seleccionado para representar o Directorado das Operações da Equipa de Voo num extensivo programa de reformulação da estação espacial internacional. Após esta função, continuou o seu trabalho para o mesmo directorado na área das operações de montagem. Em 1996, Fossum apoiou o Corpo de Astronautas como assistente técnico para o vaivém espacial, dando apoio nas revisões de desenho e gestão. Em 1997, serviu como Engenheiro Teste de Voo do X-38, um protótipo de um veículo de emergência para a ISS, que na altura estava a ser desenvolvido pelo Directorado de Engenharia da NASA e a ser testado em Dryden.
Seleccionado pela NASA para astronauta em Agosto de 1998, frequentou um curso de candidato a astronauta que incluiu sessões de orientação, sessões técnicas e científicas, uma instrução intensiva nos sistemas do vaivém espacial e da estação espacial internacional, treino fisiológico, sessões de treino de pilotagem do T-38, bem como técnicas de sobrevivência em diversos cenários. Previamente Fossum serviu no Corpo de Astronautas no desenvolvimento de software de voo para a estação espacial. Como Capsule Communicator (CAPCOM) no Controlo de Missão em Houston, Fossum apoiou diversas missões, sendo o CAPCOM principal para a Expedição 6.
Esta será a terceira missão espacial de Michael Fossum. O seu primeiro voo espacial teve lugar entre 4 e 17 de Julho de 2006 na missão STS-121, a missão que viu os vaivéns voltar ao espaço após o desastre do Columbia. A missão teve uma duração de 12 dias 18 horas 37 minutos e 54 segundos. Nesta missão a tripulação procedeu ao teste de novos equipamentos para aumentar a segurança do vaivém espacial, transportando também mantimentos e experiências para a ISS. Michael Fossum e Piers Sellers executaram três passeios espaciais nos quais removeram e substituíram um cabo que fornecia energia, e ligações de comandos, dados e vídeo para o sistema de transporte da ISS. Michael Fossum foi o 441º ser humano e p 274º astronauta dos Estados Unidos (juntamente com Lisa Marie Caputo Nowak e Stephanie Diana Wilson) e levar a cabo um voo espacial orbital.
A segunda missão de Michael Fossum decorreu entre 31 de Maio e 14 de Junho de 2008 na missão STS-124. Esta missão logística à ISS transportou o Japanese Experiment Module-Pressurized Module (JEM-PM) e o Japanese Remote Manipulator System. Fossum acumulou mais 20 hoas e 32 minutos de tempo de actividade extraveícular em três passeios espaciais para a manutenção da ISS e para preparar o módulo Kibo. Esta missão teve uma duração de 13 dias 18 horas 13 minutos e 7 segundos, acumulando um total de 26 dias 12 horas 51 minutos e 1 segundo de tempo de voo espacial. Michael Fossum foi o 283º ser humano e o 197º astronauta dos Estados Unidos a realizar duas missões espaciais orbitais.