Михаил родился 3 февраля 1893 г. в небольшом имении Александровском в Смоленской губернии. Его отец, Николай Николаевич, обедневший помещик из старинного дворянского рода, женился по любви на простой крестьянке Мавре Петровне Милоховой. Этот брак закрыл ему доступ как к выгодной службе, так и в свет. Хозяйствовать отец не умел, и вскоре Александровское имение, а затем и Вражское под Пензой были проданы. В семье Тухачевских жили дружно и весело. Подрастали девять детей: четыре сына и пять дочерей. По воспоминаниям сестры Елизаветы, Михаил был живым, подвижным и шаловливым мальчишкой. Никакие наказания не могли испортить ему настроение: он тут же затевал новые проказы. Никогда не помнил зла, не мстил обидчикам, был добр и справедлив. С раннего детства мальчик мечтал стать военным и готовил себя морально и физически: много читал, штудировал книги по военной истории, занимался верховой ездой, гирями, гимнастикой, борьбой, фехтованием. Любимым его героем был А. В. Суворов, а вот к царю Михаил, как и все в семье, относился с явной иронией.
Из-за материальных затруднений вместо желанного кадетского корпуса Тухачевский в 1904 г. поступил в Пензенскую гимназию. Учился без интереса, весьма посредственно. В 1909 г. семья переехала в Москву, где в 1911 г. Михаил поступил в седьмой, последний класс Московского кадетского корпуса. За очень короткий срок он стал лучшим учеником и был назначен вице-фельдфебелем – старшиной класса. С этих пор мнения биографов и современников о нем резко расходятся. Одни свидетельствуют о непомерном тщеславии, надменности, властолюбии, заносчивости и жестокости молодого кадета. «По службе у него не было ни близких, ни жалости к другим, – вспоминал его сокурсник Посторонкин. – В среде своих однокурсников он не пользовался ни симпатиями, ни сочувствиями; все сторонились его, боялись и твердо знали, что в случае какой-либо оплошности ждать пощады нельзя, фельдфебель не покроет поступка провинившегося». Другая сторона указывает на недоброжелательное отношение к Михаилу привилегированных дворянских отпрысков, говорит о его трудолюбии, дисциплине, уравновешенности и корректности. В годы обучения в Александровском военном училище (1912–1914 гг.) Тухачевский намного обогнал сверстников. Вне курса Михаил проштудировал массу книг: от «Записок о галльской войне» Юлия Цезаря до военных трудов Клаузевица, Суворова, Мольтке. Он был первым в учебе, в строю и на балах. И тут уж девушки не скрывали симпатий: красавец, великолепный танцор, галантный кавалер, легко поддерживающий беседу на французском и немецком. Особенно вздыхала о Мише пензенская подруга его сестры, тихая, миловидная, но недалекая девушка Мария Игнатьева.
Окончание училища совпало по времени с началом Первой мировой войны, и гвардии подпоручик Тухачевский принял роту в лейб-гвардейском Семеновском пехотном полку. Сражался он самоотверженно, с безоглядной храбростью. Вместе с солдатами гнил в окопах, с винтовкой наперевес шел в атаки. В крупнейшей стратегической операции первого года войны – Галицкой битве у реки Сан – Тухачевский стал настоящим героем. Первое известие о нем с фронта семья получила из газеты «Русское слово»: под ураганным огнем противника Тухачевский личным примером увлек за собой гвардейцев в штыковую атаку через горящий мост. Его однополчанин, унтер-офицер К. П. Трубников (впоследствии генерал-полковник Советской армии), вспоминал: «Он сразу обратил на себя внимание дисциплинированностью, подтянутостью, а потом и личной храбростью. Скоро о нем заговорили не только солдаты его роты как об очень заботливом командире, хорошо относящемся к ним, не допускающем грубости и берегущем солдатскую жизнь. Непререкаемым авторитетом пользовался он и среди офицеров». Шесть орденов за полгода боев свидетельствовали о боевой доблести Тухачевского. Но о наградах он узнал только спустя два с половиной года. Бой 19 февраля 1915 г. под Ломжей закончился для поручика Тухачевского германским пленом.