Nada se sabe de su familia y de su infancia; que Roma era su ciudad natal no sólo lo demuestra el epíteto constante "romano" colocado en su nombre en las ediciones de las obras, sino explícitamente en el "Virtuoso manifesto" publicado en 1624. Como declaró en un opúsculo (Alli molt'illustri ... musici della Cappella di N.S., Venecia, 1618), sus maestros de contrapunto fueron F. Soriano y G.Micheli Nanino (que había sido maestro de Soriano) y especialmente con el primero tenía una estrecha relación. Temperamento polémico y ambicioso, tuvo asignaciones como maestro di cappella solamente por períodos cortos; sus estancias en varias ciudades italianas y sobre todo muchas publicaciones impresas a sus expensas sugieren una buena situación económica. La mayoría de sus eventos biográficos es obtenible de los preliminares de sus obras.

Visitó varias ciudades italianas; en 1593 se encontraba al servicio del 'duca de San Giovanni e Conte di Camerata' (en "Musica vaga et artificiosa", Venecia, 1615), identificable con un noble siciliano relacionado con los Colonna, Girolamo Branciforte, que fue patrono del compositor S. Raval. Branciforte dejó Roma en 1594. Entre 1596 y 1598, Micheli estaba en Nápoles, al servicio del príncipe de Venosa Carlo Gesualdo, donde conoció a Micheli Effrem y otros madrigalistas. Fue clérigo, luego sacerdote (ordenado entre 1611 y 1614). En junio de 1609 fue nombrado maestro di cappella de la catedral de Tivoli; la asignación fue dada por el capítulo por recomendación de Soriano, entonces maestro de capilla de la basílica de San Pedro. Inmediatamente Micheli se dedicó a enriquecer el repertorio de la capilla con obras recientes de la escuela romana, pero luego descuidó el servicio, siendo acusado de "mal comportamiento" y tolerado sólo gracias a los buenos oficios de Soriano. A principios de 1610 el capítulo le puso condiciones que él rechazó, dejando el servicio el 31 de enero 1610.

Unos meses más tarde apareció su primera obra impresa ("Psalmi ad officium Vesperarum", Roma, 1610), dedicada al cardenal Federico Borromeo, arzobispo de Milán, que se encontraba en Roma para la canonización de su primo, Carlos Borromeo. Parece probable que Micheli haya seguido al cardenal a Milán, donde sin duda vivió hasta 1613 y donde conoció al director del coro de la catedral, G.C. Gabussi, y al organista C. Borgo, autores a los que elogió ("Musica vaga et artificiosa"). En Lodi conoció a P.Micheli Marsolo, otro autor citado como su modelo por haber vuelto a trabajar en forma polifónica y en melodías 'artificiosas' de otros. Una estancia en Ferrara (donde conoció a L. Luzzaschi y otros) debe haberse producido alrededor de 1605, si no ya en 1596; una reunión en Bolonia con Adriano Banchieri, con quien mantenía correspondencia, probablemente se debe colocar inmediatamente antes de la época veneciana.

En Venecia estaba sin duda en 1614; al año siguiente publicó allí un nuevo libro de salmos y una colección de motetes y cánones en el estilo de su maestro Soriano; la dedicatoria de los salmos a tres patricios venecianos, procuradores de San Marcos, fue un acto de gratitud por haber sido contratado en la basílica como profesor de canto: su servicio está documentado desde el 25 de julio de 1614. En la mencionada colección de motetes ("Música vaga ...") desarrolló cánones de doce compositores venecianos de la época, incluyendo aquellos con cargos importantes en San Marco, con excepción del maestro di cappella (Claudio Monteverdi). Desde 1616 fue maestro di cappella de la catedral de Santo Stefano di Concordia Sagittaria, donde mantenía relaciones con Aquileia, de la cual dependía el patriarcado de Concordia Sagittaria; dedicando su "Compieta, Op. 4" (Venecia, 1616) a los canónigos de Aquileia, se aseguró allí el favor y obtuvo un puesto de 'beneficiato' en esa basílica (1618), donde se hizo cargo de la actividad musical. Pero su atención siempre fue dirigida hacia Roma, que consideraba la sede de la escuela 'più eccellente nella musica' ("Alli molt'illustri ...").

Para lograr estimacion y encargos comenzó a publicar panfletos y folletos con 'avvisi' (alertas) y cánones de su propia invención: por lo que en 1618 se dirigió a los cantores papales, entre los que contaba con la estimación de R. Giovannelli y T. Gargari, mostrándoles un canon a 12 voces sobre dos temas de Adrian Willaert entregados a prueba por el cantor veneciano L. Grani; al año siguiente envió a su maestro Soriano y al organista de San Pedro Giacomo Frescobaldi un canon basado en un tema de G.P. Cima (probablemente conocido por él en Milán). Compuso una misa a 10 voces (permaneció inédita) en la que el contrapunto fue sometido a diez 'obblighi', presentada en un folleto aparte (Venecia, 1619), con la que se dirigió al cardenal sobrino S. Borghese Caffarelli; en mérito a estos 'obblighi' sostuvo una confrontación con un hábil compositor del área romana, Abunio Antonelli, entonces maestro di cappella del Gesù y del Seminario Romano: Antonelli le escribió y Micheli le respondió en un folleto impreso; Antonelli murió durante el intercambio de mensajes.

Micheli regresó a Roma con

la confianza de tomar el cargo de Antonelli, que en cambio se encomendó al joven A. Anselmi, sobrino del influyente cantor pontificio V. De Grandis. Antes de la conclusión del evento Micheli había impreso su artificioso "Madrigale a sei voci in canone" (Roma, 1621), dedicándolo al cardenal L. Ludovisi, sobrino del recién elegido Papa Gregorio XV, una especie de demostración 'de la luz, que Dios me ha dado en la profesión de la música', como escribió con orgullo en la dedicatoria; agregó una advertencia a todos esos señores músicos de Roma, que al igual que las anteriores sonaba casi desafiante, haciéndole difícilesmlas relaciones con los músicos y las instituciones. Mientras Anselmi fallecía en 1623 en S. Luigi dei Francesi, Micheli revalidaba sus capacidades en el "Virtuoso manifesto sopra li più dotti studi della musica" (ibid. 1624).

En el mismo año se publicó una colección de salmos de De Grandis, convertido en maestro pro tempore de la capilla papal por el favor del nuevo cardenal sobrino F. Barberini, colección que el año siguiente sufrió fuertes críticas en una edición en partitura impresa en Venecia a nombre de un inexistente Philip Kesperle; de acuerdo a una teoría reciente se trataba de Micheli, cuyo odio contra De Grandis se desahogó ventilado los errores y lamentando que 'en esta Capilla Pontificia se haya extinguido por completo la verdadera manera de componer.

El descrédito de su tío ´recayó sobre Anselmi, despedido en marzo de 1625; en su lugar fue nombrado Micheli maestro di cappella de San Luigi dei Francesi, cuyo nombramiento fue obtenido por el embajador saboyano, por voluntad del cardenal Maurizio di Savoia, 'protettore' della Francia en el Sacro Colegio. Asumido el cargo el 15 de marzo, Micheli vivió una etapa afortunada, trabajando para la Arciconfraternita della Trinità dei pellegrini (el 25 de mayo dirigió la música para la fiesta), obteniendo acceso cerca de Urbano VIII y dedicándole una composición canónica a 20 voces ("Dialogus Annuntiationis", Roma, 1625), visitando a los cantores papales para presentarles su propio trabajo (25 de julio) y siendo recibido, al menos en apariencia, con cortesía y respeto. Pero poco después los cantores del Papa acogieron calurosamente a otro contrapuntista, Paolo Agostini, quien les mostró un volumen de misas todavía en borradores (14 de septiembre); el favor de la capilla pontificia fue clave en su nombramiento como maestro de San Pedro. Tal vez por envidia, Micheli señaló al Papa algunos 'defectos y errores' de Agostini (estimados por él), quien se apresuró a destruir toda la edición y publicó luego las misas en partitura.

En San Luigi el servicio de Micheli duró poco: el último recibo es del 31 de enero de 1627; poco después fue reemplazado por C. De Rossi. Entre las prácticas musicales consideradas negativas por Micheli, era habitual el uso de castrati, con la consiguiente pérdida del 'pueri cantus', a cuya enseñanza se dedicó largo tiempo, ideando un método (ya anunciado en "Virtuoso manifesto" de 1624) para hacer cantar cualquier parte de soprano a un niño de diez años después de sólo tres meses de lecciones. Este método (forma nueva y fácil de aprender a cantar perfectamente en un corto período de tiempo) fue ilustrado de nuevo en el "Virtuoso aviso sopra li più dotti studi della musica" (Roma, 1633). Un nuevo conjunto de cánones figura en "Specimina musices magis reconditae, Op. 5" (Roma, 1633), dedicada al embajador extraordinario de Francia Charles de Créquy, con la vana esperanza de recuperar su lugar en San Luigi.

En 1636 Micheli vivía en Nápoles, donde tuvo una canonjía; también en esa ciudad lanzó su propio desafío a los músicos con un "Virtuoso et publico invito" (Nápoles, 1636) y anunció su propio método de enseñanza del canto. En enero de 1644 regresó a Roma, donde, habiendo muerto C. Monteverdi, fue propuesto para el cargo de maestro di cappella de San Marco en Venecia; pero no argumentó enérgicamente su candidatura, que se cayó. Poco después publicó los cánones "Vivit Deus, Op. 6" (Roma, 1644), dedicados al marqués de Saint-Chamond, embajador de Francia, con el deseo de ser llamado de nuevo a San Luigi, donde en cambio sería nombrado Stefano Fabri. Urbano VIII había muerto mientras tanto, por lo,cual disminuyó el mecenazgo de los Barberini, dirigido a aquella música de gusto brillante y moderno que Micheli despreciaba.

Así, en noviembre de ese mismo año 1644 Micheli presentó un memorial al nuevo papa, Inocencio X, 'para reparar la destrución de la música'; en él presentaba graves acusaciones de decadencia musical y doctrinal a la capilla pontificia, recordaba las polémicas ya producidas, trataba de 'músico ordinario' a Fabri y juzgaba de 'pobre voz' al famoso cantante pontificio Gregorio Allegri. Los argumentos más relevantes del memorial se refieren al abandono de la composición 'artificiosa', la continua presencia de los cantantes del papa en las iglesias para hacer música 'al uso de canzonette e balletti con gran escándalo de la gente', la decadencia de la enseñanza de la música; Micheli concluía con una petición para ser nombrado compositor de la capilla pontificia dado su propio 'talento non ordinario'.

Puesto que el memorial no produjo el efecto deseado (ni siquiera la más modesta petición de una canonjía quedó satisfecha), Micheli continuó publicando los cánones y hojas explicativas sobre su técnica hasta los 80 años de edad y más allá. En 1645 intervino en la disputa entre Micheli Scacchi, maestro de la capilla real de Polonia, Kaspar Förster y P. Siefert; ya que este último había afirmado que toda la música italiana consistía en 'comedias, ariette, canzonette' y otras bagatelas ("Anticribratio musica", Dánzig, 1645). En respuesta a la afirmación de Siefert, Micheli envió copias de sus "Canoni musicali composti sopra le vocali di più parole" (Roma, 1645), género del que se declaraba inventor, a las tres partes en la controversia. Förster respondió en febrero de 1647 con una carta de cortesía y Siefert permaneció en silencio, pero Scacchi, aunque defendido por Micheli, se distanció en un artículo publicado en Varsovia en 1649 ("Breve discurso sobre la música moderna"), y lanzó un ataque vigoroso contra Micheli, acusándolo de no haber inventado 'canoni sopra le vocali di più parole' y criticando su búsqueda incesante de artificios canónicos. Puesto que la disputa había llenado de rumores los ambientes musicales alemanes y polacos, Micheli quiso replicar a Scacchi ya en un "Avviso Inviato da me" (Roma, 1650), ya mediante la publicación del canon "In honore del Nome di Giesu e di Maria" (Roma, 1652) y desafiante continuó proclamándose el inventor de los 'canoni sopra le vocali di più parole'.

A los ochenta años Micheli saludó a Fabio Chigi, el Papa recién elegido con el nombre de Alejandro VII, dedicandole el canon a doce voces "Hic finis" (Roma, 1655); tres años más tarde, en "Virtutes theologales" (Roma, 1658.), decía ser 'un primatibus musicis compositoribus Europae, & Literis, & vivis vocibus approbatus', anunciando que había donado sus escritos y sus propias composiciones al monasterio agustino de Roma, en cuya Biblioteca Angelica se conservaron durante siglos; las impresas pasaron en 1873 a la Biblioteca del Conservatorio de Santa Cecilia. Micheli murió en Roma en 1659 o 1660, a más de 84 años de edad.

Como compositor Micheli se dedicó a la escritura de varios tipos de canon, contribuyendo así a un florecimiento del arte de la composición canónica en Roma del siglo XVII. Aunque sus obras incluyen ejemplos de enigma y cánones polimorfos, así como cánones con bajo continuo, se enorgullecía especialmente de la escritura de cánones según 'obblighi' (restricciones pre-composicionales) y cánones 'sopra le vocali di più parole' (sobre las vocales de varias palabras)- un género que afirmaba haber inventado. A un canon de este tipo, para el texto "Ludovicus, Rex defensor omnium Christianorum", para 36 voces en nueve coros, se le dio el texto "Sanctus" y se muestra en el frontispicio de "Musurgia universalis" (Roma, 1650) de Athanasius Kircher. La distinción que Kircher por lo tanto otorga a este canon y a su compositor influyó en el establecimiento de la reputación de Micheli a fines del siglo XVII.