Родился Михаил Михайлович Герасимов в Санкт-Петербурге. В 1912 году его отец, Михаил Петрович Герасимов, переехал со всей семьей в Иркутск, где занял место врача Иркутского переселенческого пункта. Помимо врачебной практики Михаил Петрович увлекался геологическим прошлым Земли, изучал сочинения Дарвина. Мать, Ксения Сергеевна, была дочерью художника. Эти факторы стали определяющими в профессиональном выборе Михаила - будущей всемирной знаменитости.
Детские и юношеские годы Михаил провел в Иркутске. С детства он хорошо лепил и рисовал. В 1922 году, еще школьником, Михаил начал работать в Иркутском краеведческом музее. Как археолог он формировался в среде так называемой иркутской школы археологии Бернгарда Петри. Под его руководством Герасимов участвовал в раскопках Верхоленской горы. В четырнадцать лет Михаил самостоятельно открыл в Глазковском предместье неолитическое погребение, а в свои семнадцать лет нашел палеолитическое местонахождение у стоянки «Переселенческий пункт» в Иркутске. Об этой находке была его первая научная публикация в книге «Записки студенческого научного кружка краеведения» при Иркутском университете.
В 1927– 1928 годах М. Герасимов открыл мезолитическое местонахождение Осиновка под Хабаровском, мезолитический памятник на Ангаре «Усть-Белая» и самый главный в своей археологической практике объект сибирского палеолита – стоянку Мальта (возраст около 24 000 лет). Сенсацией стали открытия женских статуэток, фигурок летящих птиц, гравюр, вырезанных из кости. Подобного рода образцы древнего искусства ранее находили только в Европе. Эта находка поспособствовала известности Герасимова в археологической среде.
Герасимов с юных лет увлекался не только историей, но и проявлял большой интерес к естественным наукам, изучал работы естествоиспытателя Жоржа Кювье о его опытах по реконструкции облика вымерших животных. С тринадцати лет он стал посещать анатомический музей при Иркутском университете, где под руководством анатомов изучал особенности мягких тканей лица и костей черепа.
Впервые Михаил Герасимов предпринял попытку реконструировать по черепу облик ископаемого человека – питекантропа и неандертальца – в 1927 году. На основании большого эмпирического опыта в изучении взаимозависимости скелета лица и покрывающих его мягких тканей была создана авторская методика. Ее эффективность подтверждена контрольными опытами на криминалистических объектах. Герасимов создал уникальный метод восстановления лица современного человека во всем его расовом многообразии. Его метод стал мировой сенсацией.
М. М. Герасимов создал около 200 реконструкций ископаемого человека и более 20 портретов исторических деятелей. Среди них скифский царь Скилур, Тамерлан, царь Иван IV Грозный, Улугбек, адмирал Федор Ушаков, Ярослав Мудрый, князь Андрей Боголюбский и другие.