Dzimis 1893. gadā Smoļenskas guberņas muižnieku ģimenē. 1912. gadā sāka dienēt Krievijas Impērijas armijā, piedalījās Pirmajā pasaules kara cīņās, 1915. gada 19. februārī saņemts vācu gūstā. Četras reizes bēga no ieslodzījuma, pārvietots uz īpaša režīma cietumu Ingolštatē, kur iepazinās ar Šarlu de Gollu. 1917. gada septembrī izbēga no gūsta un 1917. gada oktobrī atgriezās Krievijā.
1918. gada martā brīvprātīgi iestājās Sarkanajā armijā, jūnijā viņu iecēla par Austrumu frontes 1. armijas komandieri. 1918. gada septembrī viņš vadīja Simbirskas ieņemšanu. No 1919. gada 24. janvāra līdz 15. martam komandēja Sarkanās armijas 8. armiju pret Donas armiju. No 1919. gada 5. aprīļa līdz 25. novembrim komandēja 5. armiju Austrumu frontē. Vēlāk komandēja Sarkanās armijas Kaukāza fronti.
1920. gada aprīlī Tuhačevski iecēla par Rietumu frontes pavēlnieku un viņš vadīja Sarkanās armijas uzbrukuma operāciju VaršavaiPadomju-poļu kara laikā, kurā cieta sakāvi (t.s. brīnums pie Vislas).
1921. gada martā apspieda Kronštates sacelšanos, kā arī, izmantojot ķīmiskos ieročus un ķīlnieku sagrābšanu, apspieda Tambovas sacelšanos 1921. gadā.
Pēc Krievijas pilsoņu kara Tuhačevskis kļuva par vienu no Sarkanās armijas galvenajiem kara teorētiķiem, un 1925. gada novembrī, pēc Mihaila Frunzes nāves, par Sarkanās armijas štāba priekšnieku. 1935. gadā Tuhačevskim piešķīra maršala dienesta pakāpi.
Lielā terora laikā viņu apcietināja un 1937. gada 11. jūnijā notiesāja, nāvessodu izpildīja tajā paša naktī. Kopā ar Tuhačevski notiesāja arī citus armijas augstākos komandierus, to skaitā "Osoaviahim" priekšnieku Eidemani. Deviņu tiesnešu vidū, no kuriem piecus vēlāk arī nošāva, bija Jēkabs Alksnis. Pēc Staļina nāves 1957. gadā Tuhačevski reabilitēja.