Proveniente da una famiglia attiva da quattro generazioni nell'industria dell'acciaio, si è laureata in Lettere e filosofia presso l'Università Cattolica di Milano. Ha un figlio e vive con l'attuale fidanzato. Nota per la sua capigliatura rossa, ha avuto un occasionale passato di modella per collant. Agli inizi degli anni Novanta, ha lavorato come giornalista ed inviata per il gruppo Fininvest (oggi Mediaset), occupandosi prevalentemente di dossier, speciali ed esteri. Tra i programmi giornalistici televisivi ai quali ha partecipato anche in qualità di autore I misteri della notte, serie di speciali dedicati alla descrizione della vita notturna e dei locali di Hong Kong, San Francisco, Barcellona, Budapest, Milano e Città del Messico.
Dopo la parentesi giornalistica prese a occuparsi di affari e di imprenditoria, dapprima con l'azienda di famiglia, la Trafilerie Brambilla Spa di Calolziocorte (Lc), della quale è l'attuale amministratore delegato; in seguito, con due imprese fondate insieme a suo padre Vittorio e delle quali è presidente: Gruppo Sal spa e Sotra Coast International. Entrambe le aziende producono e commercializzano prodotti alimentari di qualità.
Dal novembre 2003 al marzo 2008 è stata presidente degli imprenditori under-40 della Confcommercio e, nel 2006, decise di intraprendere la carriera politica candidandosi alla Camera dei Deputati nelle liste di Forza Italia, senza essere eletta. Il 20 novembre 2006 fondò i Circoli della Libertà, di cui è presidente, organizzazione intesa come radicamento territoriale di Forza Italia. Nel giugno 2007 ha fondato l'emittente satellitare TV della Libertà.
Nel febbraio 2008, a seguito della caduta del Prodi II, Michela Brambilla è stata candidata nella circoscrizione Emilia-Romagna XI, ed eletta alla Camera dei Deputati; nel governo Berlusconi IV è stata nominata sottosegretario alla presidenza del Consiglio con delega al Turismo, a decorrere dal 12 maggio 2008 e dal'8 maggio 2009 è ministro del Turismo.
Nel luglio 2008 ha nominato nuovo presidente dell'Enit Matteo Marzotto. Sempre nel luglio 2008 ha costituito a Roma la cabina di regia che vede impegnati governo e Regione Campania per il rilancio del turismo e dell'immagine di Napoli nel mondo dopo i danni causati dalla crisi del settore e dallo scandalo rifiuti.