Après avoir étudié à la prestigieuse École normale supérieure de jeunes filles (ENS), Michèle Moulin a commencé sa carrière au cinéma en écrivant des scénarios pour des séries télévisées et des films. Son premier long-métrage, *La Gifle*, sorti en 1974, fut son premier grand succès critique et commercial. Ce film est l'adaptation de la pièce éponyme de Jean-Claude Grumberg, qui traite du sujet sensible de la pédophilie. Le film a suscité beaucoup de débats en raison de son sujet tabou, mais a également remporté de nombreux prix et a été loué pour sa bravoure et sa sincérité.
En 1975, Michèle Moulin a réalisé *J'ai huit ans*, un film à nouveau controversé qui aborde le thème des enfants en difficulté. Le film a également été bien accueilli par la critique et a remporté plusieurs prix.
En 1980, Michèle Moulin a réalisé *La Faute à ses parents*, un film qui traite du thème de la sexualité adolescente et qui a également suscité une certaine controverse en raison de son sujet sensibil. Le film a été loué pour sa force et sa sincérité, ainsi que pour l'excellente interprétation des acteurs.
En 1982, Michèle Moulin a réalisé *La Raison du plus faible*, un film qui traite de la vie d'une adolescente handicapée mentale. Le film a été bien accueilli par la critique et a remporté plusieurs prix.
En 1984, Michèle Moulin a réalisé *Le Grand Pardon*, un film qui traite de la vie d'une adolescente en difficulté dans le quartier populaire de la Courneuve. Le film a été bien accueilli par la critique et a remporté plusieurs prix.
En 1986, Michèle Moulin a réalisé *Les Roses de saju*, un film qui traite du thème des enfants en difficulté et qui a également suscité une certaine controverse en raison de son sujet sensibil. Le film a été bien accueilli par la critique et a remporté plusieurs prix.
En 1987, Michèle Moulin a réalisé *Le Secret des autres*, un film qui traite du thème de l'infidélité conjugale. Le film a été bien accueilli par la critique et a remporté plusieurs prix.
Michèle Moulin a également réalisé de nombreux autres films, dont *La Blessure* (1992), *Sous un ciel variable* (1996) et *Le Plaisir des femmes* (2004). Elle est encore active aujourd'hui et travaille sur plusieurs projets en cours.
En 2015, Michèle Moulin a été nommée Commandeur de l'ordre des Arts et des Lettres par le Ministère français de la Culture.