Основні праці присвячено історії скіфів, хозарів і слов'ян.
Михайло Іларіонович Артамонов — радянський археолог, доктор історичних наук (1941), професор (1943), дійсний член Польської академії наук (1960), почесний член Шотландського товариства антикварів (1942).
У 1921—1924 рр. навчався в Петроградському (Ленінградському) університеті на відділенні археології та теорії мистецтв. Серед учителів Артамонова був археолог Олександр Андрійович Спицин.
Закінчивши університет, залишився у ньому молодшим асистентом археологічного кабінету.
Від 1925 р. працював у Державній академії історії матеріальної культури (згодом Інститут історії матеріальної культури АН СРСР, пізніше Інститут археології АН СРСР): аспірант, від 1934 — старший науковий співробітник, 1937—1939 — заступник директора, 1939—1943 — директор, 1943—1950 — завідувач сектору.
1948—1951 — проректор Ленінградського університету (водночас від 1949 — завідувач кафедри археології).
1951—1964 — директор Державного Ермітажу. У 1958 р. відновив видавництво Ермітажу. Під його керівництвом створено нову серію видань — «Археологічний збірник» Державного Ермітажу (відповідальний редактор перших дев'яти випусків).
За 13 років роботи директором Ермітажу проявив себе як винятково талановитий і відданий музейній справі адміністратор. Його завжди відрізняла принциповість і самостійна позиція з найгостріших питань. У розріз з офіційною ідеологією Артамонов захоплювався сучасним живописом. При його підтримці в Ермітажі було організовано виставку робіт Пабло Пікассо, вдалося зберегти роботи класиків імпресіонізму.
У період «відлиги» опікувався репресованими дослідниками, котрі повернулися з ув'язнення. Серед них Лев Гумільов.