È il figlio maggiore dell'allenatore Mike Dunleavy.
Carriera College Mike giocò nella Duke University dal 1999 al 2002. Nel primo anno fu inserito nella prima squadra NABC All-American grazie ai 17,3 punti e ai 7,2 rimbalzi a partita, mentre nel secondo anno giocò nel campionato nazionale della Duke University e nella partita che assegnava il titolo mise a segno 21 punti. L'allenatore di Duke Mike Krzyzewski definì Dunleavy il giocatore più versatile che l'università abbia mai avuto dopo Grant Hill.
NBA Golden State Warriors (2002-2007) Dunleavy fu scelto dai Golden State Warriors nel draft NBA 2002 come terza scelta. Dopo una stagione da rookie deludente, le sue statistiche migliorarono le 2 stagioni successive (ovvero la 2003-2004 e 2004-2005), visto che nella stagione 2005-2006 perse il posto da titolare. Nella stagione 2006-2007, complice anche un rapporto non molto roseo con il neo allenatore dei Warriors Don Nelson, in Gennaio venne ceduto.
Indiana Pacers (2007-2011) Il 18 Gennaio 2007 fu coinvolto in un maxi-scambio di giocatori: Dunleavy, Troy Murphy, Ike Diogu e Keith McLeod andarono agli Indiana Pacers, mentre come contropartite si trasferirono agli Warriors Šarūnas Jasikevičius, Al Harrington, Josh Powell e Stephen Jackson.
La stagione 2007-08 è sicuramente la migliore disputata in NBA da Mike; infatti migliora in tutte le statistiche, dai punti (19,1 a partita) agli assist, disputando inoltre tutte le partite della regular season.
Nella stagione 2008-09 si è infortunato e ha disputato soltanto 18 partite, con una media di 15,1 punti e di 3,8 rimbalzi.
All'inizio della stagione 2009-10 è ancora infortunato; ritorna in campo il 28 novembre 2009 contro i Dallas Mavericks, ma pur riuscendo a giocare un buon numero di partite non trova la continuità fisica per rendere al meglio.
Milwaukee Bucks (2011-2013) L'11 Dicembre 2011 cambia squadra firmando un contratto biennale a 7,5 milioni di dollari coi Milwaukee Bucks, ripercorrendo così le orme del padre che concluse la propria carriera con i Bucks nel 1990, oltre ad averci giocato dal 1983 al 1985 e dopo esserne stato prima vice-allenatore dal 1987 al 1990 e capo-allenatore dal 1992 al 1996. Tuttavia il 10 Gennaio 2012 subì un infortunio che lo tenne per 4 settimane. In totale durante la stagione 55 partite, di cui solo 3 da titolare, tenendo di media 12,3 punti, 3,7 rimbalzi e 2,1 assist in 26,3 minuti a partita.
Nella stagione successiva giocò invece 75 partite, anche in questo caso solo 3 da titolare, tenendo di media 10,5 punti, 3,9 rimbalzi e 1,9 assist in 25,9 minuti a partita.
Chicago Bulls (2013-2016) Nell'estate 2013 cambia di nuovo maglia firmando un contratto della durata di 2 anni con i Chicago Bulls.
Il 25 aprile 2014, durante la gara-3 di playoffs contro gli Washington Wizards, segnò 35 punti (career-high), totalizzando anche il record di franchigia di tiri da tre segnati segnandone 8.
Alla fine del contratto Dunleavy, nonostante si parli di un suo ritorno ai Bucks e di un ritorno a Chicago di Marco Belinelli, firmò un'estensione per altri 3 anni a 14,4 milioni di dollari.
Cleveland Cavaliers (2016-2017) Nell'estate 2016, l'8 luglio, i Bulls cedettero Dunleavy ai Cleveland Cavaliers per liberare spazio salariale per mettere sotto contratto Dwyane Wade. Tuttavia, dopo aver giocato 23 partite con i Cavs, il 6 gennaio 2017 viene ceduto.
Atlanta Hawks (2017) Il 6 gennaio 2017 i Cleveland Cavaliers cedettero Dunleavy agli Atlanta Hawks in cambio di Kyle Korver. Agli Hawks andarono anche Mo Williams (ritirato ma sotto contratto con i Cavs), una somma di denaro e una prima scelta protetta al Draft 2019. Tuttavia il passaggio divenne ufficiale solamente pochi giorni più tardi in quanto Dunleavy non si presentò subito alle visite mediche con gli Hawks e i falchi pensarono di rescindere la trade (così Korver avrebbe fatto ritorno ad Atlanta) o di tagliare Dunleavy che avrebbe voluto giocare in una contender. Ma alla fine Dunleavy fu convinto a firmare con gli Hawks dal loro coach, ovvero Mike Budenholzer. Dunleavy debuttò con gli Hawks nella gara persa in casa per 103-101 il 14 Gennaio 2017 contro i Boston Celtics. Due giorni dopo nella gara vinta per 111-98 in casa contro i Milwaukee Bucks segnò 20 punti in 22 minuti partendo dalla panchina. Alla fine della stagione, lui disputò in tutto 30 partite in RS con i falchi e 6 nei play-off (in cui gli Hawks uscirono al primo turno perdendo per 4-2 la serie contro gli Washington Wizards).
Il 1º luglio 2017 venne tagliato dagli Hawks.
Statistiche College
| align="left"|1999-2000 | align="left"| | 30 || 2 || 24,1 || 46,0 || 35,1 || 73,8 || 4,3 || 1,7 || 1,1 || 0,5 || 9,1 |- | style="text-align:left;background:#afe6ba;"|2000-2001 | align="left"| | 39 || 39 || 29,2 || 47,4 || 37,3 || 69,4 || 5,7 || 2,6 || 1,4 || 0,4 || 12,6 |- | align="left"|2001-2002 | align="left"| | 35 || 35 || 32,4 || 48,3 || 37,8 || 68,1 || 7,2 || 2,1 || 2,3 || 0,7 || 17,3 |- class="sortbottom" | style="text-align:center;" colspan="2"|Carriera | 104 || 76 || 28,8 || 47,5 || 37,1 || 69,8 || 5,8 || 2,2 || 1,6 || 0,5 || 13,2
NBA Regular Season
| align="left"|2002-2003 | align="left"| | 82 || 3 || 15,9 || 40,3 || 34,7 || 78,0 || 2,6 || 1,3 || 0,6 || 0,2 || 5,7 |- | align="left"|2003-2004 | align="left"| | 75 || 69 || 31,1 || 44,9 || 37,0 || 74,1 || 5,9 || 2,9 || 0,9 || 0,2 || 11,7 |- | align="left"|2004-2005 | align="left"| | 79 || 79 || 32,5 || 45,1 || 38,8 || 77,9 || 5,5 || 2,6 || 1,0 || 0,3 || 13,4 |- | align="left"|2005-2006 | align="left"| | 81 || 68 || 31,8 || 40,6 || 28,5 || 77,8 || 4,9 || 2,9 || 0,7 || 0,4 || 11,5 |- | align="left" rowspan=2|2006-2007 | align="left"| | 39 || 6 || 26,9 || 44,9 || 34,6 || 77,2 || 4,8 || 3,0 || 1,0 || 0,3 || 11,4 |- | align="left"| | 43 || 43 || 35,6 || 45,4 || 28,3 || 79,2 || 5,7 || 2,6 || 1,1 || 0,2 || 14,0 |- | align="left"|2007-2008 | align="left"| | 82 || 82 || 36,0 || 47,6 || 42,4 || 83,4 || 5,2 || 3,5 || 1,0 || 0,4 || 19,1 |- | align="left"|2008-2009 | align="left"| | 18 || 14 || 27,5 || 40,1 || 35,6 || 81,5 || 3,8 || 2,4 || 0,7 || 0,5 || 15,1 |- | align="left"|2009-2010 | align="left"| | 67 || 15 || 22,2 || 41,0 || 31,8 || 84,2 || 3,5 || 1,5 || 0,6 || 0,2 || 9,9 |- | align="left"|2010-2011 | align="left"| | 61 || 44 || 27,6 || 46,2 || 40,2 || 80,0 || 4,5 || 1,7 || 0,7 || 0,5 || 11,2 |- | align="left"|2011-2012 | align="left"| | 55 || 3 || 26,3 || 47,4 || 39,9 || 81,1 || 3,7 || 2,1 || 0,5 || 0,1 || 12,3 |- | align="left"|2012-2013 | align="left"| | 75 || 3 || 25,9 || 44,2 || 42,8 || 82,0 || 3,9 || 1,9 || 0,5 || 0,5 || 10,5 |- | align="left"|2013-2014 | align="left"| | 82 || 61 || 31,5 || 43,0 || 38,0 || 85,4 || 4,2 || 2,3 || 0,8 || 0,6 || 11,3 |- | align="left"|2014-2015 | align="left"| | 63 || 63 || 29,2 || 43,5 || 40,7 || 80,5 || 3,9 || 1,8 || 0,6 || 0,3 || 9,4 |- | align="left"|2015-2016 | align="left"| | 31 || 30 || 22,7 || 41,0 || 39,4 || 78,4 || 2,7 || 1,3 || 0,5 || 0,3 || 7,2 |- | align="left" rowspan=2|2016-2017 | align="left"| | 23 || 2 || 15,9 || 40,0 || 35,1 || 73,7 || 2,0 || 0,9 || 0,3 || 0,1 || 4,6 |- | align="left"| | 30 || 0 || 15,8 || 43,8 || 42,9 || 84,6 || 2,3 || 1,0 || 0,3 || 0,2 || 5,6 |- class="sortbottom" | style="text-align:center;" colspan="2"|Carriera | 986 || 585 || 27,7 || 44,1 || 37,7 || 80,3 || 4,3 || 2,2 || 0,7 || 0,3 || 11,2
Playoffs
| align="left"|2011 | align="left"| | 5 || 0 || 14,4 || 35,0 || 30,0 || 66,7 || 1,2 || 1,6 || 0,8 || 0,0 || 5,0 |- | align="left"|2013 | align="left"| | 4 || 0 || 22,8 || 56,7 || 43,8 || 88,9 || 4,0 || 2,0 || 0,5 || 0,0 || 12,3 |- | align="left"|2014 | align="left"| | 5 || 5 || 32,6 || 47,2 || 46,2 || 66,7 || 3,6 || 2,4 || 0,6 || 0,2 || 13,2 |- | align="left"|2015 | align="left"| | 12 || 12 || 32,4 || 48,9 || 48,2 || 94,7 || 4,0 || 2,6 || 0,8 || 0,4 || 10,9 |- | align="left"|2017 | align="left"| | 6 || 0 || 8,8 || 42,9 || 40,0 || 100 || 0,8 || 0,3 || 0,2 || 0,0 || 2,0 |-class="sortbottom" | style="text-align:center;" colspan="2"|Carriera | 32 || 17 || 24,0 || 48,0 || 45,1 || 84,0 || 2,9 || 1,9 || 0,6 || 0,2 || 8,8
Palmarès McDonald's All-American Game (1999) Campione NCAA (2001) NCAA AP All-America Second Team (2002)
Note
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