Miguel Mambrilla debutó en 1952 con el CD Logroñés, que en ese momento era filial del Valladolid.

Más tarde, ya en 1956, se marchó al primer equipo del Real Valladolid CF a los 23 años de edad.

Jugó durante dos temporadas con el club vallisoletano.

Posteriormente fue traspasado al Cultural y Deportiva Leonesa, donde jugó un total de tres temporadas.

Tras acabar contrato con el club leonés fichó durante una temporada con el CD Atlético Baleares, club donde se retiró en 1963 a los 30 años.