Родился 15 ноября (28 ноября по новому стилю) 1908 года в Москве в семье железнодорожного кондуктора Макара Трофимовича и его жены — Анны Борисовны. Михаил был пятым ребенком в семье, которая жила в Дорогомилове. Брат — Бондарюк, Георгий Макарович, советский военный, комбриг.
В 1930 году окончил Московский авиационный институт и работал в НИИ Гражданского воздушного флота, пройдя ступени инженера, начальника отдела, заместителя главного конструктора.
В 1932 году он был отправлен в командировку в Италию, где работал в комиссии по приемке авиадвигателей «Изотта-Фраскини» для самолетов «Савойя» С-55, эксплуатировавшихся в СССР. Член ВКП(б)/КПСС с 1939 года.
В апреле 1941 года в НИИ ГВФ было создано экспериментальное конструкторское бюро по дозвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателям (ЭКБ-3), которое возглавил Бондарюк. Бюро размещалось в двух комнатах ангара НИИ ГВФ и занималось теоретическими расчетами, конструированием и изготовлением опытных образцов дозвуковых ПВРД и созданием стенда для их испытаний. После начала Великой Отечественной войны КБ было эвакуировано в Казань на авиазавод № 16 (ныне — Казанское моторостроительное производственное объединение).
В 1944 году бюро было преобразовано в отдел прямоточных двигателей, а затем — в КБ-2 в составе НИИ-1 Наркомата авиационной промышленности.
В 1950 году КБ стало самостоятельным ОКБ-670 (с 1967 года — «Красная звезда» ), а Михаил Бондарюк оставался его главным конструктором до конца жизни (в 2004 году это конструкторское бюро, называвшееся тогда «Пламя-М» , было закрыто).
В течение многих лет М. М. Бондарюк преподавал в Московском авиационном институте, МВТУ им. Баумана, Военно-воздушной инженерной академии. Автор трудов и учебников по прямоточным воздушно-реактивным двигателям.Жил в Москве на улице Брянской, 28 (1920—1940 годы); на Ленинградском шоссе, 90 (ныне — Ленинградский проспект, 58; 1940—1952 годы); на Котельнической набережной, 1/15, корп. А (1952—1969 годы). Умер 14 октября 1969 года в Москве после тяжелой болезни. Похоронен на Новодевичьем кладбище (участок № 4, ряд № 45, место № 14).