Уроженец с. Студенки (современная черта г. Липецка). В 1918 году добровольно вступил в Красную Армию, где выучился на шофёра, и стал работать в военной авиации шофёром, затем мотористом и механиком. В 1928 году окончил 3-х месячные курсы пилотов, а в 1929 – Военно-авиационную школу летчиков. После обучения его назначают командиром истребительного отряда и направляют в район Азовского моря на борьбу с саранчой. Здесь он проявляет себя как человек долга: вместо 5 тысяч га его отряд опылил 11 тысяч га местности, заражённой саранчой.
Потом было освоение авиатрассы на Дальнем Востоке. Он первым открывает воздушную трассу на о. Сахалин. В 1933 году Водопьянов М.В. вместе с 13-ю лучшими лётчиками страны входит в отряд по перевозке матрицы газеты «Правда» в Ленинград, Харьков, Иркутск и др. города.
А когда в 1934 году льдами Чукотского моря был уничтожен пароход «Челюскин», он вместе с группой отважных лётчиков летит на Север, чтобы спасти людей. Преодолевая большие трудности северной непогоды: трескучие морозы, пургу и туманы, советские лётчики вырвали из ледяного плена 104 человека. За проявленное мужество и героизм Водопьянов М.В. с группой лётчиков были награждены орденами Ленина и удостоены звания Героев Советского Союза.
В 1935-1936 гг. Водопьянов М.В. совершает перелеты: Москва – мыс Шмидта – Москва и Москва – Земля Франца Иосифа – Москва.
В 1937 году, выполняя задания правительства по освоению полярных районов страны, он во главе авиационного отряда тяжёлых воздушных кораблей впервые в мире совершил посадку на 4-х моторном самолете на лёд Северного полюса, доставив туда четверку «папанинцев» и оборудование научной станции. За покорение Северного полюса Водопьянов М.В. награждён вторым орденом Ленина.
Во время Великой Отечественной войны, будучи генералом-майором авиации, Водопьянов М.В. командовал дивизией бомбардировщиков дальнего действия, лично участвовал в бомбардировках объектов глубокого тыла фашистской Германии, в том числе Берлина, неоднократно выполнял полёты в партизанские соединения.
За заслуги перед Родиной М.В. Водопьянов награждён 4-мя орденами Ленина, 4-мя орденами Красного Знамени, орденом Отечественной войны 1 степени и многочисленными медалями.
Умер М.В. Водопьянов в возрасте 80 лет. Похоронен в г. Москве.