De son véritable nom Simone Roussel, Michèle Morgane voit le jour le 29 février 1920. La jeune fille, entourée de ses trois frères et soeurs, grandit à Paris. Alors qu'elle n'a que 13 ans, ses parents décident de déménager à Dieppe. Ce n'est pas du goût de la fillette qui décide, avec son frère Paul, de retourner à Paris, chez ses grands-parents.

Michèle Morgane se passionne très vite pour le cinéma. D'ailleurs, elle prend des cours avec René Simon. C'est à ce moment qu'elle souhaite être appelée Michèle Morgane. A 17 ans seulement, la jeune fille voit sa carrière exploser. On lui propose de donner la réplique à Raimu dans Gribouille. Forte d'une beauté sans pareille et d'un charisme, Michèle Morgane poursuit son ascension et est même convoitée par les plus grands acteurs et réalisateurs de l'époque. 

Durant la Seconde Guerre mondiale, l'actrice s'envole pour les Etats-Unis. Là-bas, elle entame une carrière internationale en jouant avec Frank Sinatra et Humphrey Bogart. Mais Michèle Morgane souhaite revenir en France. Le public français la retrouve alors dans La Symphonie pastorale. L'actrice est récompensée du prix d'interprétation féminine à Cannes en 1946 pour ce film.

Après une vie au sommet, Michèle Morgane décide de se consacrer à la peinture.

Puis, en 1977, elle publie son autobiographie intitulée Ces yeux-là.

Les Français la retrouvent dans les salles obscures à compter de 1975, dans Le chat et la souris. Ensuite, l'actrice s'illustre, avec plus de discrétion, dans Le tiroir secret (1986), Des gens si bien élevés (1997), La rivale (1999), Chéri (1981), Les monstres sacrés (1993).

En 1992, Michèle Morgane se voit décerner un César d'Honneur. Au début des années 2000, elle met un terme à sa carrière.

Le 20 décembre 2016, l'actrice s'éteint à l'âge de 96 ans à Meudon.