Mihael VIII. je bil sin velikega domestika Andronika Paleologa in Teodore Angeline Paleologine, vnukinje cesarja Alekseja III. Angela in Eufrozine Dukaine Kamaterine. Po Denu Ioanesu Geanakoplosu je Mihaelove prednike moč slediti skozi tri cesarske dinastije, ki so vladale v stoletjih pred padcem Konstantinopla v četrti križarski vojni leta 1204. Zdi se, da Mihaelova mati v njegovem otroštvu ni igrala pomembne vloge. Vzgojo je prepustila Mihaelovi starejši sestri Marti, ženi velikega domestika Nikiforja Tarhaniota, čeprav je bila samo deset let starejša od njega.