Fiumében (ma Rijeka, Horvátország) született az utolsó fiumei magyar konzul, Csíkszentmihályi Alfréd fiaként. A család 1944-ben Velencébe menekült, majd néhány évvel később Belgiumban telepedett le. Mihály, akit már gyermekként is foglalkoztatott az emberek viselkedésének megértése, 1956-ban, huszonkét évesen kivándorolt az Egyesült Államokba. Pszichológiai tanulmányait az Illinois-i Egyetemen kezdte meg, majd tehetségét felismerő tanárai javaslatára átjelentkezett a tíz legjobb amerikai egyetem közé sorolt Chicagói Egyetemre, ahol 1965-ben PhD-fokozatot szerzett. 1961-ben feleségül vette Isabella Selegát, aki nemcsak a magánéletben, hanem a munkában is társa, több könyvének társszerzője lett.
1965-től a Lake Forest College szociológiai és antropológiai tanszékvezető docense, 1969-től a Chicagói Egyetem tanára, 1971 és 1987 között a humán fejlődéstan professzora, 1985–87 között a magatartás-kutató tanszék vezetője volt. 1999-től haláláig a kaliforniai Claremont Graduate University professzora volt.
Tudományos szakterülete a fejlődés- és neveléslélektan, a kreativitás- és tehetségkutatás, valamint a magatartás-kutatás volt. Művészeket alkotómunka közben figyelve ismerte fel, hogy nem a kész mű, hanem az alkotásban való elmélyülés jelentette az élményt számukra. A felismerés után elsősorban a tevékenységbe való belefeledkezés, a teljes bevonódás érzésének tanulmányozása foglalkoztatta: miért van az, hogy egyes emberek élvezik munkájukat, pedig gyakran nem vagy alig kapnak fizetséget érte? A kérdést körüljárva született meg a flow (áramlat) elmélete. A flow-élményt tudományos pontossággal leíró első tanulmánya 1975-ben jelent meg Beyond Boredom and Anxiety (Túl az unalmon és a szorongáson) címmel. Különösebb visszhang nélkül folytatta kutatásait, amelyeket kiadói felkérésre 1990-ben a Flow – Az áramlat – A tökéletes élmény pszichológiája című könyvében foglalt össze. A könyv bestsellerré, szerzője világhírűvé vált, tisztelői közé tartozott Bill Clinton és Tony Blair is.
Meghatározása szerint „a tökéletes élmény alapja a flow, vagyis az a jelenség, amikor annyira feloldódunk egy tevékenységben, hogy minden más eltörpül mellette, az élmény maga lesz olyan élvezetes, hogy a tevékenységet bármi áron folytatni akarjuk, pusztán önmagáért”. A tökéletes élmény akkor következik be, ha a tevékenység befejezése után létrejön az önmegerősítés, a kiteljesedés és az elégedettség érzése. Ha az életben megtaláljuk azt, ami örömet okoz, amiben kiteljesedhetünk, akkor jól érezzük magunkat, boldogabbak leszünk, jobb lesz a teljesítőképességünk, előbbre vihetjük a társadalmat, az emberiséget. Mindenki számára más és más tevékenység jelentheti az élet értelmét, a lényeg, hogy mindenki megtalálja a sajátját. A flow-élmény hozzásegít bennünket a nehézségek elviseléséhez, a túléléshez is. Csíkszentmihályi a flow megélésében fontos szerepet tulajdonított a tudatosságnak: „a boldogság nem olyasmi, ami csak úgy megtörténik velünk, és nem kapcsolatos a szerencsével vagy a véletlennel”. A boldogság eléréséhez képessé kell válnunk saját belső élményeink irányítására.
Elméletét több vállalatnál és kormányzati szinten is alkalmazni kezdték. Javaslatai alapján tervezték meg például a világ egyik leggazdagabb magángyűjteménye, a Los Angeles-i Getty Center lenyűgöző épületkomplexumát, de új autómodell kialakításához is kikérték a véleményét.
Élete utolsó két évtizedében elsősorban a pozitív pszichológiai kutatásoknak szentelte az idejét. A pozitív pszichológia alapjait Martin Seligmannal, az Amerikai Pszichológusok Egyesületének volt elnökével fektették le 2009-ben. A pozitív szempont bevonásával tudományos szemléletváltást akartak a jellemzően az emberi negatívumokra összpontosító tudományágban. Csíkszentmihályi a Claremont Egyetemen 1999-ben létrehozta és társigazgatóként vezette a pozitív pszichológiai kutatásokkal foglalkozó Életminőség Kutatóközpontot (Quality of Life Research Center), amelynek padjaiból az új szakterület számtalan fiatal szakembere került ki. Az általuk megalapozott pozitív pszichológiai gondolkodásmód mára divatos szakmai irányzattá vált.
Kutatásait számos – több kiadást megért – könyvben foglalta össze. Az 1997-ben megjelent alapművön kívül magyarul olvashatók még a többi közt az És addig éltek, amíg meg nem haltak – A mindennapok minősége (1998); A fejlődés útjai – a Flow folytatása (2008); a Kreativitás – A flow és a felfedezés, avagy a találékonyság pszichológiája (2009); Az öröm művészete – Flow a mindennapokban (2009); az Életre hangolva – A felnőtté válás útvesztői (2011); A futás öröme – Technikák a jobb teljesítményhez (2018) című munkái. A Flow and the Foundations of Positive Psychology című gyűjteményes kötetét 2014-ben adták ki.
Életműve elismeréseként 1998-ban az MTA külső tagjává választották, 2009-ben Clifton Strengths-díjjal, 2011-ben pedig Széchenyi-díjjal tüntették ki. 2012-ben a rijekai egyetem díszpolgárává avatta. 2014-ben a Magyar Érdemrend nagykeresztje polgári tagozata kitüntetéssel, 2015-ben Prima Primissima díjjal ismerték el. 2018-ban az apai ágon csíkszentmihályi gyökerekkel rendelkező tudóst a székelyföldi település díszpolgárává avatták.
Csíkszentmihályi Mihály nyolcvanhét éves korában, 2021. október 20-án halt meg a kaliforniai Claremontban. 2023. szeptember 29-én a Google Doodle animációval tisztelgett születésének 89. évfordulója előtt. Könyvei helyet kaptak a brüsszeli Magyarország Háza Márai Szalonjában 2024-ben kialakított, a magyar könyvkultúrát bemutató könyvtárban.
