Après des études de lettres à Lille, Michel Duchaussoy entre au Conservatoire puis intègre la Comédie Française en 1964. Il apparaît pour la première fois au cinéma en 1967 dans Jeu de massacre d'Alain Jessua, un cinéaste à l'univers étrange qu'il retrouvera pour Traitement de choc et Armaguedon.A la fin des années 60, Michel Duchaussoy entame une fructueuse collaboration avec Claude Chabrol, qui offre à ce grand acteur de théâtre quelques-uns de ses rôles les plus marquants à l'écran. Officier de police dans La Femme infidèle en 1968, il est un père assoiffé de vengeance dans Que la bete meure (1969), face à Jean Yanne en criminel odieux. Apparaissant dans les oeuvres les plus noires du maître de la Nouvelle vague, il figure au générique de La Rupture, Juste avant la nuit et du thriller politique Nada en 1974. Grand second rôle, Duchaussoy tourne par la suite sous la direction de Vadim, Yves Robert ou encore Louis Malle (Milou en mai en 1989). Comédien élégant au jeu tout en nuances, il prend part à plusieurs films d'époque, de Fort Saganne de Corneau à Amen de Costa-Gavras en passant par La Veuve de Saint-Pierre de Patrice Leconte - un cinéaste qui le dirigera de nouveau dans Confidences trop intimes en 2003. Prêtre dans l'austère Lise et André, VRP dans le loufoque Les Portes de la gloire, il campe en 2004 un clochard rigolard dans La Demoiselle d'honneur de son vieux complice Chabrol.
