V letech 2001 a 2002 se zúčastnil mistrovství světa hráčů do 18 let a o další rok později už bruslil na MS juniorů. V tomto roce byl také vybrán v draftu NHL týmem San Jose Sharks. Se Žraloky v následující sezóně nastoupil do dvou zápasů a dalších sedm odehrál v AHL za tým Cleveland Barons. Pět sezón byl Milan Michálek týmu věrný, poté putoval do kanadského týmu Ottawa Senators, kde hrál až do února 2016. Tehdy putoval v rámci velkého trejdu do Toronta.
V roce 2011 a 2012 vybojoval s českou reprezentací bronz na mistrovství světa. Po boku svého bratra Zbyňka Michálka se zúčastnil olympijských her ve Vancouveru v roce 2010. A stejně jako bratr byl Milan Michálek nominován na zimní olympijské hry v Soči 2014.
Milan Michálek je ženatý. Kanaďanku Karen (přijala po svatbě jméno Michálková) si vzal v létě 2011. Ke kostelu sv. Tomáše nedaleko pražského Malostranského náměstí mu ji přivezl překrásný bílý Rolls Royce. Může si to dovolit, Michálkův příjem za rok 2012 činil 4,5 milionů dolarů.