Михаил Фёдорович Лукин родился 6 (18) ноября 1892 года в деревне Полухтино Зубцовского уезда Тверской губернии (ныне Зубцовский район Тверской области) в крестьянской семье. Русский.
В русской армии с 1913 года. Участник Первой мировой войны.
В 1916 году окончил школу прапорщиков, затем командовал ротой 4-го гренадёрского Несвижского полка имени Барклая де Толли в звании поручика.
В 1917 г. вступил в Красной Гвардии, с 1918 года в Красной Армии. В 1918 году окончил курсы разведчиков при Полевом штабе РККА.
Вступил в ряды РКП(б) в 1919 году. Во время Гражданской войны Лукин — помощник начальника штаба дивизии, командир полка и бригады, начальник штаба дивизии. За отличия в боях награждён двумя орденами Красного Знамени.
В 1926 году окончил курсы усовершенствования начальствующего состава при Военной академии имени М. В. Фрунзе.
С 1929 года по 1935 год - командир Харьковской ордена Ленина стрелковой дивизии. 21 ноября 1935 года присвоено звание комдива
В 1935—1937 годах — военный комендант Москвы. С декабря 1937 года заместитель начальника, затем начальник штаба, а с декабря 1939 года — заместитель командующего войсками Сибирского военного округа.
Похороны погибших при катастрофе самолёта «Максим Горький». Военный комендант Москвы М.Ф. Лукин, командующий войсками МВО И.П. Белов, председатель Моссовета Н.А. Булганин, 1-й секретарь МК и МГК ВКП(б) Н.С. Хрущёв. 1935 год
Весной 1941 года возглавил формирование 16-й армии. В мае 1941 года вместе с армией был переброшен на Украину в район города Шепетовка. В начале Великой Отечественной войны, после разгрома Западного фронта, 16-я армия была переброшена под Смоленск, а сам Лукин М. Ф., находясь в районе Шепетовки, ещё некоторое время командовал группой войск, которая в сводках называлась «оперативная группа Лукина».
В ходе Смоленского сражения исключительно мужественно и умело руководит войсками, окружёнными в районе Смоленска, чем отвлекает значительные силы немецких войск от наступления на Москву.
С августа по сентябрь 1941 года — командующий 20-й армией.
В начальный период битвы за Москву Михаил Фёдорович командует 19-й армией. В результате проведения немецким командованием операции «Тайфун» под Вязьмой были окружены соединения 19-й, 20-й, 24-й и 32-й армий. Решением Ставки командование окружёнными частями севернее Вязьмы возложено на генерал-лейтенанта Лукина.
При выходе из окружения 14 октября 1941 года командарм М. Ф. Лукин был тяжело ранен и без сознания попал в плен. В плену ему ампутировали ногу. В мае 1945 года был освобождён из плена.
После возвращения в СССР до декабря 1945 года проходил проверку в органах НКВД, по результатам которой был восстановлен в рядах РККА. С 1946 года — в запасе.
Умер 25 мая 1970 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.
Указом Президента Российской Федерации от 1 октября 1993 года № 1553 «за мужество и героизм, проявленные в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками в Великой Отечественной войне 1941—1945 годов», генерал-лейтенанту Лукину присвоено звание Героя Российской Федерации (посмертно)
Генерал-лейтенант (6 июня 1940)
Член ряды РКП(б)-ВКП(б)-КПСС с 1919 г.
Почётный гражданин Смоленска (1988, посмертно)
Государственные награды:
Российская Империя:
орден Святого Владимира 4-й степени
орден Святой Анны 4-й степени
орден Святого Станислава 3-й степени
Российская Федерация:
Герой Российской Федерации (1993, посмертно)
СССР:
орден Ленина (1946)
5 орденов Красного Знамени (1921, 1925, 1941, 1946, 1947)