Fue hijo de Pietro Mazzarino y Ortensia Buffalini, y hermano menor del también cardenal Julio Mazarino.
En su bautizo recibió el nombre de Alessandro, que posteriormente cambiaría a Michele al tomar las órdenes religiosas.
En 1642 el papa Urbano VIII le nombró Maestro General de su orden tras destituir a Niccolò Ridolfi, pero la posterior controversia motivada por esta destitución llevó a Mazzarino a renunciar al cargo en 1644 en favor de Tommaso di Roccamara.
Ese mismo año Luis XIV le nombró virrey de Cataluña durante la ocupación que las tropas francesas llevaron a cabo sobre el principado en la guerra de los segadores; Mazzarino tomó posesión en enero de 1648, pero su delicado estado de salud le llevó a renunciar seis meses después.
Fue enterrado en la iglesia de Santa Maria sopra Minerva.