Michael Vartan se crio entre Francia y los Estados Unidos, es hijo de Eddie Vartan, un músico nacido en Bulgaria y con ascendencia armenia y húngara, y de Doris, una pintora y artista nacida en Polonia.2​3​ Su tía es la célebre cantante de pop francesa Sylvie Vartan. Los padres de Vartan se divorciaron cuando él tenía cinco años y él se fue a América con su madre. Visitaba frecuentemente a su padre en Francia hasta su época de instituto. A la edad de diecisiete años, Vartan se fue con su madre a Los Ángeles, diciendo que quería ser un artista, y así evitar realizar el servicio militar obligatorio requerido en Francia. En Los Ángeles, asistió a una escuela de interpretación después de que le dijeran que tenía talento como actor. Su más notable papel interpretado ha sido como Michael Vaughn en la serie estadounidense de televisión Alias (2001-2006). Vartan también ha tenido apariciones como artista invitado en Friends (como el doctor Tim Burke, hijo del personaje de Tom Selleck), Ally McBeal (como Jonatan Basset) y, más recientemente, en Kitchen Confidential.