Michel Calame wurde im Val-de-Travers im Kanton Neuchâtel geboren und beendete sein Physikstudium an der Universität Neuchâtel. Anschliessend arbeitete er als Doktorand auf dem Gebiet supraleitender Dünnschichten. Nach seiner Dissertation war er sechs Monate am Eidgenössischen Institut für Metrologie (METAS) in Bern als wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Dort befasste er sich unter anderem mit Tieftemperaturelektronik für Einzelelektronentransistoren. Dank eines Grants vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) für Nachwuchsforscher zog er 1999 nach New York, um an der Rockefeller University als Postdoc auf dem Gebiet der molekularen Biophysik zu forschen. Zurück in der Schweiz, fokussierte er sich an der Universität Basel auf Nano- und Molekularelektronik. Seit 2011 leitet Michel Calame dort die Forschungsgruppe «Nanoscale Hybrid Electronic Systems» mit Fokus auf optoelektrischen Eigenschaften und Biosensorik.

Michel Calame war von 2007 bis 2012 Mitglied im Präsidium der Mathematik-, Astronomie- und Physik-Plattform (MAP) der Akademie der Naturwissenschaften Schweiz (scnat). Er erhielt die venia docendi in Physik von der Universität Basel im Jahr 2011. Zudem ist Michel Calame Mitglied des Management-Teams des Swiss Nanoscience Institute (SNI) der Universität Basel, wo er zusätzlich zu seinen Forschungsaktivitäten das PhD-Programm des SNI mit mehr als 30 DoktorandInnen koordiniert.