Figlio primogenito del duca Guglielmo V di Baviera e di Renata di Lorena, nacque a Monaco il 17 aprile 1573.
Studiò presso i gesuiti dell'università di Ingolstadt, nel 1595 sposò la cugina Elisabetta Renata di Lorena e ne 1597 divenne duca di Baviera a seguito dell'abdicazione del padre.
Assunto il governo nel 1598, Massimiliano varò importanti riforme centralizzando l'ammnistrazione e emanando leggi che, raccolte nel Codex Maximilianeus rimasero in vigore per oltre un secolo.
Potenziò l'esercito e pose al comando il conte di Tilly.
Nel 1607 occupò Donauwörth, città protestante, per ripristinarvi il cattolicesimo. I principi protestanti reagirono formando l'Unione Evangelica e nel 1609 fu costituita la Lega Cattolica nella quale Massimiliano I ebbe un ruolo di primo piano anche se ne uscì fra il 1616 e il 1618 per discordie con altri membri.
Nel 1619 la Lega Cattolica si pose al servizio dell'imperatore Ferdinando II e Massimiliano intervenne in Boemia. L'8 novembre 1620 le sue truppe comandate da Tilly sconfissero nella battaglia della Montagna Bianca, presso Praga, i protestanti che avevano eletto re di Boemia Federico V del Palatinato.
Seguirono dure sanzioni contro Federico V che venne deposto e esiliato e contro i suoi sostenitori, molti dei quali subirono la pena di morte.
Intanto un esercito inviato da Filippo III re di Spagna e comandato dal genovese Ambrogio Spinola invadeva il Palatinato e debellava le forze protestanti presso Heidelberg, città dei calvinisti che venne saccheggiata.
Ferdinando II assegnò a Massimiliano il titolo di elettore palatino (1623) che era stato del deposto Federico e la provincia del Palatinato Superiore.
Nel successivo corso della Guerra dei Trent'anni, re Gustavo Adolfo di Svezia si alleò con la Francia (23 gennaio 1631) e Richelieu propose a Massimiliano di unirsi all'alleanza ma il duca reagì attaccando l'esercito svedese. Seguirono numerose battaglie e il tragico assedio di Magdeburgo culminato nella strage della popolazione, ma il 17 settembre 1631 Tilly fu sbaragliato dagli Svedesi presso Lipsia.
Quando Gustavo Adolfo puntò sulla Baviera Massimiliano unì il proprio esercito a quello imperiale comandato dal generale Wallenstein. La battaglia ebbe luogo il 16 novembre 1632 e a Lützen, durò con alterne vicende fino al tramonto e fu vinta dagli Svedesi ma il lore re perse la vita.
Wallenstein si ritirò in Boemia e Massimiliano trattò la pace con il cardinale Richelieu che in quel momento teneva le fila delle forze antiasburgiche.
La guerra ebbe termine nel 1648 con la Pace di Vestfalia, in quell'occasione il titolo di elettore di Baviera e il possesso del Palatinato Superiore che Massimiliano aveva avuto nel 1623 da Ferdinando II furono confermati, il titolo di elettore palatino andò invece a Carlo Luigi di Wittelsbach.
Massimiliano I di Wittelsbach morì a Ingolstadt il 27 settembre 1651 e le sue spoglie furono deposte nella chiesa di San Michele a Monaco.
Dalla prima moglie Elisabetta Renata non aveva avuto figli; dalla seconda, sua nipote Maria Anna d'Asburgo sposata nel 1635, nacquero Ferdinando Maria che fu suo successore nel ducato e nel titolo di elettore di Baviera, e Massimiliano Filippo Girolamo.