Родился 25.09.1923 в пос. Бондюга Елабужского района Татарстана в семье рабочего. Русский. Окончил среднюю школу, работал на заводе в пожарной охране в п. Менделеевске. В армии и на фронте с 1942.
Наводчик орудия 159-го гвардейского артиллерийского полка (75-я гвардейская стрелковая дивизия, 13-я армия, Центральный фронт) гвардии сержант Фомин отличился в боях в районе с. Поныри (ныне пгт Курской области), 07.07.1943 участвовал в отражении 12 контратак противника, лично подбил 5 средних и 2 тяжелых танка, подавил огонь орудия. В бою был тяжело ранен и умер в госпитале. Звание Героя Советского Союза присвоено 07.08.1943. Награжден орденом Ленина.
Был похоронен в деревне Рваное Поныровского района Курской области. В 1951 году прах Героя перезахоронен в братской могиле в деревне Нижнесмородино Поныровского района Курской области.
Награждён орденом Ленина (7.08.1943), двумя орденами Отечественной войны 1-й степени (19.01.1943; 12.07.1943), медалью «За оборону Сталинграда» (1943).
Имя Героя носит улица в городе Менделеевск Татарстана.
На родине в музее средней школы № 1 города Менделеевск собран большой материал о Герое, на фасаде здания школы укреплена мемориальная доска. На Аллее Героев в Менделеевске установлен его бюст.
В июле 2013 года в поселке Поныри Курской области в честь 70-летия Победы в Курской битве был торжественно открыт большой Мемориальный комплекс «Героям Северного фаса Курской дуги». Помимо Вечного огня, комплекс включает в себя монументальную скульптуру под названием «За нашу советскую Родину» и братское кладбище, на котором похоронено свыше 2-х тысяч воинов, которые погибли на территории Поныровского района. Между колоннами установили плиты из черного гранита, на которых выбиты названия частей и соединений, а также портреты 34 Героев СССР. Среди них Фомин Михаил Сергеевич.
Одна из улиц города Курска носит имя отважного артиллериста.
