Михаил Осипович Доливо-Добровольский родился 21 декабря (02.01.1862) 1861 года в Петербурге в семье чиновника. В 1873 г. родители переехали в Одессу. Здесь в 1878 г. Михаил окончил реальное училище, а 1 сентября 1878 г. поступил в Рижский политехнический институт. 22 июня 1881 г. за участие в антиправительственной агитации он был исключен из института без права поступления в другие высшие учебные заведения Российской империи. Для продолжения своего образования Михаил Осипович избрал Дармштадское высшее техническое училище, где уделялось особое внимание практическому применению электричества. М. О. Доливо-Добровольский, выдающиеся инженерные способности которого сказались уже в ранних студенческих работах, в совершенстве изучил постоянный ток и его применение. На последнем курсе в Дармштадте он сделал довольно существенное изобретение: он впервые предложил пусковую схему для шунтового двигателя постоянного тока, что оказало непосредственное и сильное влияние на развитие электрического привода на постоянном токе.
В 1887 г. М.О.Доливо-Добровольский был приглашен в фирму AEG (Allgemeine Elektricitats-Geselschaft), где проработал всю жизнь, пройдя путь от электрика до директора фирмы.
После ряда исследований он построил в 1888 г. первый трёхфазный генератор переменного тока мощностью около 3 киловатт, от которого он привёл в действие свой первый трёхфазный двигатель со статором в виде кольца Грамма, питаемого в трёх точках, и ротора в виде сплошного медного цилиндра. Дальнейшие работы привели его к построению трёхфазного двигателя с ротором из литого железа с насаженным полым медным цилиндром. Этот ротор оказался лучше первого; ещё более совершенным оказался следующий тип ротора — с беличьим колесом.
В этот же период разработал все элементы трёхфазных цепей переменного тока: трансформаторы трёхфазного тока (1890), пусковые реостаты, измерительные приборы (например, фазометр, 1894), схемы включения генераторов и двигателей звездой и треугольником и др. В 1891 г. на Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне демонстрировал первую в мире трёхфазную систему передачи электроэнергии на расстояние около 170 км. Михаил Осипович первый предложил широко применяющийся метод гашения электрической дуги в выключающих аппаратах (1910-1914). В 1919 г. сделал предположение о том, что передача электрической мощности переменным током на большие расстояния (сотни и тыс. км) окажется нерациональной из-за значительных потерь на линии.
В 1914 г., когда разразилась Первая мировая война, М. О. Доливо-Добровольский, сохранивший российское гражданство, переехал в Швейцарию. В 1918 г. он вновь приехал в Берлин, предполагая вернуться к работе в фирме AEG. Однако болезнь сердца, мучившая его с детства, обострилась.
Умер М. О. Доливо-Добровольский в 1919 г.