1950an

Karier lakonan Caine' bermula ketika berumur 20 tahun di Horsham, Sussex apabila memberi jawapan terhadap sebuah iklan di The Stage untuk pembantu pengurus pentas yang juga akan melakonkan peranan kecil untuk Horsham-based Westminster Repertory Company yang berlakon di Teater Carfax Electric.[10] Menggunakan nama pentas "Michael Scott" pada bulan Julai 1953, beliau telah diberikan watak pemabuk Hindley dalam produksi Wuthering Heights.[11] Beliau berpindah ke Lowestoft Repertory Company di Suffolk selama setahun apabila beliau berumur 22 tahun. Ia merupakan di sini beliau berjumpa dengan isteri pertamanya.[12]

Apabila karier membawanya ke London pada tahun 1954, agennya memberitahu beliau bahawa sudah terdapat Michael Scott yang berlakon di London dan beliau perlu mencari nama baru dengan segera. Bercakap dengan agennya menerusi sebuah telefon awam di Leicester Square, London, beliau melihat sekelilingnya untuk mencari inspirasi dan terlihat The Caine Mutiny sedang ditayangkan di Sinema Odeon pada tahun 1954 dan mengambil keputusan untuk menukar namanya kepada "Michael Caine".

Peranan filem pertama Michael Caine adalah sebagai salah seorang tentera dalam filem 1956, A Hill in Korea. Bintang-bintang filem ini adalah George Baker, Stanley Baker, Harry Andrews dan Michael Medwin manakala Stephen Boyd, Ronald Lewis dan Robert Shaw juga mempunyai peranan kecil.

Beliau muncul denagn kerap di televisyen sebagai peranan kecil. Peranan pertamanya yang dikredit dalam BBC adalah 'Boudousse' dalam The Lark pada tahun 1956. Bahagian-bahagian lain termasuk tiga peranan dalam Dixon of Dock Green pada tahun 1957, 1958 dan 1959, siri Escape (1957), drama Mister Charlesworth dan The Caine Mutiny Court Martial (1958).

1960an

Caine terus untuk muncul dalam televisyen, dalam The Golden Girl dan No Wreath for the General tetapi kemudiannya dipilih untuk berlakon dalam lakonan pentas The Compartment. Ini disusuli dengan peranan utama dalam lakonan pentas lain termasuk Somewhere for the Night, Sunday-Night Play, The Playmates, dan dua edisi lakonan pentas BBC First Night, Funny Noises with Their Mouths dan The Way with Reggie. Beliau juga berlakon dalam lakonan radio termasuk Looking for Frankie (1963) dan Ping Pong (1964).Kejayaan besar untuk Caine datang apabila beliau dipilih untuk melakonkan watak Meff dalam Next Time I'll Sing To You.[13]

Apabila lakonan pentas ini berpindah ke Criterion, beliau dilawati oleh Stanley Baker, salah seorang bintang dalam filem pertama Caine, A Hill in Korea yang memberitahu beliau untuk watak tentera Cockney dalam filem Zulu. Baker memberitahu Caine untuk berjumpa pengarah, Cy Endfield yang memberitahu beliau bahawa watak itu telah diberi kepada James Booth. Endfield kemudiannya menawar beliau ujian skrin untuk watak pengawai kelas atasan. Walaupun kurang berjaya dalam ujian, Endfield memberinya watak itu yang kemudiannya menjadikan beliau bintang filem.[14] Lokasi pengambaran Zulu mengambil tempat di Natal, Afrika Selatan selama 14 minggu pada tahun 1963.[15][16][17]

Agen Caine kemudiannya mendapatkan beliau peranan dalam produksi BBC, Hamlet at Elsinore (1964) sebagai Horatio. Zulu kemudiannya disusuli dengan dua peranan terkenalnya: Harry Palmer dalam The Ipcress File (1965) dan Alfie Elkins dalam Alfie (1966). Beliau kemudiannya melakonkan watak Palmer dalam empat filem seterusnya, Funeral in Berlin (1966), Billion Dollar Brain (1967), Bullet to Beijing (1995) dan Midnight in Saint Petersburg (1995). Caine membuat filem pertamanya di Amerika Syarikat pada tahun 1966 dalam Gambit.

1970an

Selepas mempunyai peranan dalam The Italian Job dan Battle of Britain (kedua-duanya pada tahun 1969), Caine melakonkan watak utama dalam Get Carter (1971). Caine kemudiannya mempunyai peranan dalam Sleuth (1972) dan The Man Who Would Be King (1975). Pada tahun 1976, beliau muncul dalam The Eagle Has Landed. Pada tahun 1978, beliau membintangi The Silver Bears. Caine juga mempunyai peranan dalam A Bridge Too Far (1977).

1980an

Caine mempunyai peranan dalam The Island (1980), The Hand (1981) dan The Jigsaw Man (1982), Educating Rita (1983), Hannah and Her Sisters (1986),[18] dan Dirty Rotten Scoundrels (1988). Beliau juga muncul dalam filem yang menerima ulasan teruk seperti Blame It on Rio, Water, Jaws: The Revenge (1987) dan Bullseye! (1990).

Filem-filem lainya yang mencapai kejayaan adalah California Suite, Dressed to Kill, Escape to Victory, Deathtrap dan Mona Lisa. Pada tahun 1987, Caine menyuarakan filem Hero, filem rasmi Piala Dunia FIFA 1986.[19] Beliau juga membintangi dalam Without a Clue, melakonkan watak Sherlock Holmes dan juga berlakon sebagai Chief Insp. Frederick Abberline dalam siri TV 1988, 'Jack the Ripper'.

1990an

Beliau melakonkan watak Mike dalam Mr. Destiny pada tahun 1990. Beliau mempunyai peranan sebagai Ebenezer Scrooge dalam filem yang menerima pujian kritis, The Muppet Christmas Carol (1992). Beliau mempunyai peranan sebagai Lloyd Fellowes dalam Noises Off (1992). Beliau juga melakonkan watak penjahat dalam filem Steven Seagal, On Deadly Ground (1994). Beliau berada dalam dua sekuel terus-ke-video Harry Palmer dan beberapa filem televisyen. Lakonannya dalam Little Voice (1998) membolehkan beliau memenangi Anugerah Golden Globe. Pernaan yang lebih baik menyusul dengan The Cider House Rules (1999) dimana beliau memenangi Anugerah Akademi untuk Pelakon Lelaki Sokongan Terbaik keduanya.[20]

2000an

Pada era 2000an, Caine muncul dalam Miss Congeniality (2000), Last Orders (2001), The Quiet American (2002) dan beberapa lagi. Beberapa filem klasik Caine telah dibuat semula termasuk The Italian Job, Get Carter, Alfie dan Sleuth. Dalam buatan semula tahun 2007 filem Sleuth, Caine mengambil alih peranan Laurence Olivier dalam versi 1972 manakala Jude Law melakonkan peranan asal Caine.

Caine juga membintangi Austin Powers in Goldmember (2002) sebagai bapa Austin dan pada tahun 2003, beliau membintangi bersama Robert Duvall dalam Secondhand Lions. Caine melakonkan watak Henry Lair dalam filem 2004, Around the Bend. Pada tahun 2005, beliau dipilih untuk watak Alfred Pennyworth dalam prduksi pertama siri baru filem Batman, Batman Begins. Pada tahun 2006, beliau muncul dalam Children of Men dan The Prestige. Pada tahun 2007, beliau muncul dalam Flawless, dan pada tahun 2008 dan 2012, beliau menyambung wataknya dalam sekuel Batman, The Dark Knight dan The Dark Knight Rises serta membintangi drama British, Is Anybody There?.

2010an

Caine muncul dalam filem sains fiksyen, Inception sebagai Prof. Stephen Miles. Beliau menyuarakan watak Finn McMissile dalam filem 2011, Cars 2 dan juga menyuarakan peranan sokongan dalam filem animasi, Gnomeo & Juliet. Beliau juga membintangi filem 2012, Journey 2: The Mysterious Island bersama-sama Josh Hutcherson, Dwayne Johnson dan Vanessa Hudgens.

Caine menyambung wataknya sebagai Alfred Pennyworth dalam sekuel Batman, The Dark Knight Rises yang ditayangkan pada bulan Julai 2012. Pengambaran babaknya mengambil tempat di Wollaton Hall, Nottinghamshire. Beliau muncul dalam filem sains fiksyen 2014, Interstellar sebagai Dr. Brand.[21] Caine membintangi Kingsman: The Secret Service (2015), diarahkan oleh Matthew Vaughn.[22]