Aos 17 anos entrou na Academia Naval dos Estados Unidos enAnnapolis,Maryland, onde aprendeu máis da ciencia que da arte marítima. Obtivo o grao de oficial en1873 e prestou servizos como instrutor científico na Academia entre1875 e1879. Interesouse xa desde esa época no problema de tratar de determinar a velocidade da luz. Tras dous anos de estudos enEuropa, deixou a Armada en1881. En1883 aceptou unha praza de profesor de Física enCase School of Applied Science deCleveland e proxectou alí uninterferómetro mellorado.
En1892 Michelson, tras o seu paso como profesor de Física polaClark University deWorcester,Massachusetts, desde1889, foi Xefe do Departamento de Física da nova Universidade deChicago, cargo no que permaneceu ata que se xubilou en1929. En1907 converteuse no primeiro estadounidense que obtivo opremio Nobel de Física. Entre1923 e1927 foi presidente da Academia Nacional de Ciencias.
Xa en1877, cando aínda era oficial da Mariña dos Estados Unidos, Michelson empezou a estudar unha mellora do método para medir a velocidade de luz baseado en espellos rotativos, que inventaraLéon Foucault, utilizando instrumentos ópticos mellores e de maior tamaño. Levou a cabo algunhas medicións preliminares con equipos improvisados en gran medida en1878, período no que os seus traballos chamaron a atención deSimon Newcomb, director do Nautical Almanac Office, que xa estaba moi adiantado nos seus proxectos de medición. Michelson publicou os seus resultados de 299.910±50 km/s en1879 antes de unirse ao equipo de Newcomb, enWashington. Iniciouse dese modo entre ambos unha longa colaboración profesional e amizade.
Simon Newcomb, unha vez obtivo financiamento para o seu proxecto, chegou ao valor de 299.860±30 km/s, practicamente no límite do intervalo proposto por Michelson, quen seguiu afinando o seu método e en1883 publicou unha medición de 299.853±60 km/s, máis próxima á do seu mentor.
En1906,E. B. Rosa eN. E. Dorsey doNational Bureau of Standards, utilizaron un novo método eléctrico e obtiveron un valor davelocidade da luz de 299.781±10 km/s. A pesar de que, como se demostrou máis adiante, este resultado estaba fortemente condicionado pola inseguridade nas características dos materiais eléctricos da época, esta medición iniciou unha tendencia á medición de valores á baixa.
A partir de1920, Michelson empezou a planificar unha medicióndefinitiva desde o Observatorio de "Monte Wilson", usando unha liña de medida ata a Lookout Mountain, unha cima relevante na crista meridional do monte San Antonio (Old Baldy), a unhas 22 millas de distancia.
En1922, o Coast and Geodetic Survey iniciou dous anos de laboriosas medicións da liña de terra usando cintas deaceiroinvar, recentemente descuberto. Coa lonxitude da liña de terra determinada en1924, as medicións leváronse a cabo nos dous anos seguintes, obtendo o valor publicado de 299.796±4 km/s.
Esta famosa medición viuse prexudicada por diversos problemas, un dos máis importantes foi a escuridade producida polo fume dos incendios forestais, que ocasionou que a imaxe do espello quedase desenfocada. Tamén é probable que o heroico labor doGeodetic Survey, cun erro que se estima en menos dunha millonésima, quedase comprometido por unha descolocación dos puntos de referencia debido aoterremoto deSanta Bárbara,California, entre o29 de xuño de1925 (dunha magnitude estimada de 6'3 naescala de Richter).
O período que seguiu a1927 produciu novas medicións da velocidade da luz mediante novos dispositivoselectro-ópticos, todas substancialmente inferiores ao valor de Michelson en1926.
Michelson dedicouse a realizar máis medicións, pero esta vez nun tubo sen carga para evitar a dificultade de interpretar imaxes influenciadas polos efectos atmosféricos. En1930 iniciou unha colaboración conFrancis G. Pease eFred Pearson para levar a cabo unha medición nun tubo de 1,6 km enPasadena (California). Michelson morreu cando só se realizaron 36 das 233 series de medicións, xa que despois o experimento viuse obstaculizado pola inestabilidade xeolóxica e por problemas de condensación; chegouse ao valor de 299.774±11 km/s, coherente cos valores electro-ópticos prevalentes, que se publicou postumamente en1935.
Michelson creou tamén uninterferómetro para medir con gran precisión a lonxitude do metro baseándose naslonxitudes de onda dunha das liñas espectrais dungas establecendo así un patrón de medida universal.