Chang blev først kendt af tennisverdenen som en fremragende juniorspiller, der satte adskillige “yngste nogensinde”-rekorder. Han vandt sin første nationale titel, USTA Junior Hard Court singles, i en alder af 12 år. Som 13-årig vandt han Fiesta Bowl 16s. To år senere, som 15-årig, vandt Chang USTA Boys 18s Hardcourts og Boys 18s Nationals, og han blev den yngste spiller til at vinde en kamp i hovedtrækningen ved US Open, da han besejrede Paul McNamee i fire sæt i første runde. En måned senere nåede han semifinalen i Scottsdale, Arizona, hvor han blev den yngste spiller, der nåede semifinalen i en professionel turnering på højeste niveau. Han vandt sin første singletitel på højeste niveau i 1988 i San Francisco i en alder af 16 år og 7 måneder.
Changs mest betydningsfulde yngste rekord nogensinde kom i 1989, da han vandt French Open i en alder af 17 år og 110 dage og dermed blev den yngste mandlige spiller nogensinde til at vinde en Grand Slam-titel. Han besejrede Stefan Edberg i en finale i fem sæt, 6-1, 3-6, 4-6, 6-4, 6-2. Hans sejr er ligeledes husket for et episk møde i fem sæt med Ivan Lendl i fjerde runde (se nedenfor). Chang blev den første amerikaner til at vinde French Open siden 1955, og den første amerikaner til at vinde en Grand Slam-turnering siden 1984. Og i august 1989 blev Chang den yngste spiller, der blev rangeret i verdens top 5.
Chang mødte Edberg i semifinalen i US Open i 1992, hvor Edberg denne gang vandt i et møde i fem sæt, 6-7, 7-5, 7-6, 5-7, 6-4. Kampen, der varede 5 timer og 26 minutter, er den længste i US Open-historien. Chang nåede yderligere tre Grand Slam-finaler efter sin French Open-triumf i 1989, idet han tabte French Open-finalen i 1995 til Thomas Muster, Australian Open-finalen i 1996 til Boris Becker og US Open-finalen i 1996 til Pete Sampras. I French Open 1995 besejrede han Michael Stich og den daværende to gange forsvarende mester Sergi Bruguera i semifinalen i lige sæt, hvorefter han til sidst tabte til Muster. I både Australian Open og US Open i 1996 besejrede han Andre Agassi i semifinalen i lige sæt; en sejr over Sampras i US Open ville have gjort Chang til nr. 1-spiller i verden. I U.S. Open 1997 var han odds-favorit til at vinde, efter at Sampras var blevet besejret af Petr Korda; Chang tabte dog til den senere mester Patrick Rafter i semifinalen i lige sæt.
Chang var et vigtigt medlem af det amerikanske hold, der vandt Davis Cup i 1990. I semifinalen i Østrig førte hans dramatiske comeback efter at have været bagud i to sæt mod Horst Skoff (3-6, 6-7, 6-4, 6-4, 6-4, 6-3) USA ind i sin første Davis Cup-finale siden 1984. Chang fortsatte med at besejre Darren Cahill i lige sæt, da USA besejrede Australien i finalen. Han var også med på det amerikanske hold, som vandt World Team Cup i 1993. Hans bedste præstation i årets singlemesterskab kom i 1995, da han besejrede Muster, Jim Courier og derefter dominerede Pete Sampras i semifinalen, inden han tabte i finalen til Boris Becker.
Chang repræsenterede USA ved de olympiske sommerlege i 1992 i Barcelona, hvor han nåede anden runde, inden han blev elimineret af Jaime Oncins. Han valgte at springe de olympiske sommerlege i 1996 over på trods af, at de blev afholdt i Atlanta, og at han ville have været turneringens første seedede nummer et (guldmedaljen i single blev vundet af Andre Agassi). Chang deltog i de olympiske sommerlege i 2000 i Sydney, hvor han blev slået ud i første runde af Sébastien Lareau.
Chang blev introduceret til tennis af sin far Joe, som var hans første træner. Under sin opblomstring i 1989 (herunder hans French Open-titel) blev han trænet af José Higueras. I en stor del af sin professionelle karriere blev han trænet af sin storebror Carl Chang, som også spillede i flere doubleturneringer med ham i begyndelsen af 1990’erne. Han var den første spiller, der blev slået af Roger Federer i hovedturneringen i en Grand Slam-turnering ved Australian Open i 2000. Han var også den anden spiller, der blev slået af Andy Roddick i hovedturneringen i en Grand Slam-turnering, i anden runde af French Open i 2001.
Chang trak sig tilbage fra den professionelle turnering i 2003. I løbet af sin karriere vandt han i alt 34 professionelle singletitler på højeste niveau. Hans sidste titel på højeste niveau blev vundet i 2000 i Los Angeles. Hans samlede indtjening af præmiepenge i karrieren var 19 145 632 USD. Hans højeste rangering i singlerækken i karrieren var som verdens nr. 2 i 1996 efter hans finaleplads i US Open. Han var top 10-spiller seks år i træk i 1990’erne (1992-1997), en præstation, som kun Pete Sampras har præsteret i dette årti. Han er en af de få spillere, der har vundet ATP-titler i tre forskellige årtier. Hans tre Indian Wells Masters-titler var en ATP-rekord, som stod i 15 år, inden den blev overgået af Roger Federer i 2012.
Siden Chang har trukket sig tilbage fra topspillet, har han sluttet sig til Jim Couriers seniortour, som begyndte den 10. marts 2006 i Naples, Florida.
Chang blev Kei Nishikoris træner i 2014.
1989 French Open-kamp mod Ivan LendlRediger
Changs mest berømte kamp fandt sted ved French Open i 1989, på vej til at vinde sin eneste Grand Slam-titel i single. Chang besejrede Eduardo Masso, Pete Sampras og Francisco Roig og tabte kun ét sæt, da han nåede fjerde runde. Her mødte Chang verdens nr. 1, den regerende Australian Open-mester og tre gange tidligere French Open-mester Ivan Lendl.
I 1988 var Chang blevet let slået af Lendl i en opvisningskamp i Des Moines, Iowa. Efter kampen gav Lendl Chang følgende råd: “For det første har du ingen serv. Og du har bestemt ingen anden serv. Du kan ikke skade mig. Du kan løbe, men du må hellere udvikle et våben for at overleve herude”, alle svagheder, som Chang arbejdede på at forbedre.
Lendl så ud til at være på vej mod sejren efter at have taget de to første sæt med 6-4, 6-4 og derefter bryde Changs serv i sit første serveparti i tredje sæt. Chang brød dog straks tilbage og gik videre og vandt tredje sæt med 6-3. I fjerde sæt fik Chang et alvorligt anfald af kramper i benene, og selv om han vandt sættet og udlignede kampen, overvejede han at trække sig fra kampen, da han var foran 2-1 i femte sæt. Han sagde senere, at han følte “en utrolig overbevisning i mit hjerte” om ikke at give op og besluttede sig for at afslutte kampen.
Chang gik rundt på sidelinjen under omstillingerne, da han risikerede ikke at kunne rejse sig op, hvis han satte sig ned, og han spiste bananer og drak vand ved enhver lejlighed. Han vedtog også nogle usædvanlige taktikker i et forsøg på at overvinde sine kramper, såsom at slå bolden højt op i luften på mange point for at bremse spillet (kendt som “moon balls”), og han begyndte at gå efter flere vindere for at forkorte pointene. Succesen med disse taktikker fik Lendl, der er kendt for at være en af de spillere, der er mindst let at forstyrre, til at miste sin rytme og fik ham også til at bande ad dommeren og publikum, især efter at have tabt et nøglepoint i femte sæt, da Chang chokerede ham ved at levere en serv under armen.
Chang fortsatte med at lide af kramper, men det lykkedes ham at tage en 5-3 føring i femte sæt med to matchbolde på Lendls serv. Med henblik på at bryde Lendls koncentration endnu en gang stod Chang lige bag servelinjen, mens han ventede på at modtage Lendls anden serv. Publikum begyndte at grine af den bizarre situation, og Lendl syntes at tro, at alle gjorde grin med ham. Taktikken virkede, da Lendl producerede en dobbeltfejl og gav Chang sejren, 4-6, 4-6, 6-3, 6-3, 6-3, 6-3, 6-3, på 4 timer og 37 minutter. Chang sank på knæ og brød sammen i tårer ved kampens afslutning.
Lendl bemærkede bagefter om sit nederlag til Chang: “Mange gange kunne en mindre god spiller slå mig uden at bakke det op. Man må sige, at han var en mindre god spiller dengang, men Michael bakkede det op.”
Syv dage senere, efter at have slået Stefan Edberg i fem sæt, gik Chang videre til at løfte Coupe des Mousquetaires og blev den yngste mester for mænd i Grand Slam-historien. Changs kamp mod Lendl blev spillet den 5. juni 1989, blot en dag efter højdepunktet af massakren på Den Himmelske Freds Plads. Chang har ofte bemærket massakrens indvirkning, når han mindes sin French Open-sejr:
“Mange mennesker glemmer, at Tiananmen-pladsen var i gang. Den nedkæmpelse, der skete, var midt på søndagen under French Open, så hvis jeg ikke trænede eller spillede en kamp, sad jeg klistret til fjernsynet og så begivenhederne udfolde sig. Jeg siger ofte til folk, at jeg tror, at det var Guds hensigt, at jeg kunne vinde French Open på den måde, den blev vundet, fordi jeg var i stand til at sætte et smil på kinesernes ansigter rundt om i verden på et tidspunkt, hvor der ikke var meget at smile af. Jeg tror, at det var Guds hensigt, at jeg kunne vinde French Open på den måde, den blev vundet, fordi jeg var i stand til at sætte et smil på kinesernes ansigter rundt om i verden på et tidspunkt, hvor der ikke var meget at smile af.”
Chang skulle besejre Lendl igen på næsten samme måde, 2-6, 4-6, 6-4, 7-6 (7-5), 9-7 i en 4 timer og 42 minutter lang semifinale ved Grand Slam Cup 2½ år senere, den 14. december 1991.