Su más notable papel interpretado ha sido como Michael Vaughn en la serie estadounidense de televisión Alias (2001-2006).

Vartan también ha tenido apariciones como artista invitado en Friends (como el doctor Tim Burke, hijo del personaje de Tom Selleck), Ally McBeal (como Jonatan Basset) y, más recientemente, en Kitchen Confidential.

Michael protagonizó una serie propia coprotagonizada por Christopher Titus, Joshua Malina y Dylan McDermott llamada Big Shots.

Debido a su baja audiencia, la serie fue cancelada luego de sólo once episodios emitidos.

Más tarde, su última relación conocida fue con la también actriz y compañera de rodaje en Alias Jennifer Garner.