Михайлов постъпва в школата на Локомотив (София) на 10-годишна възраст. Дебютира в "А" група на 3 юли 1965, два дни преди да навърши 16 години, в 28-ия кръг на сезон 1964/65. Михайлов играе за Локомотив от 1965 г. до края на 1968 г., както и от 1971 г. до 1981 г. Общо за клуба има 306 мача със 131 гола в "А" група.

Има 45 мача и 23 гола за "А" националния отбор (1967 - 1979), 2 мача с 1 гол за "Б" националния, 46 мача с 31 гола за младежкия национален отбор (до 23 г.), за който е рекордьор по отбелязани голове и 3 мача с 1 гол за юношеския национален отбор (до 17 г.). Участва на СП-1974 в Германия (в 3 мача). Сребърен олимпийски медалист от Мексико 1968 - обявен за най-добър играч на турнира. Включен е в националния отбор за Световното първенство през 1970 г. в Мексико, но го пропуска поради контузия.

В началото на 2006 г. здравословното му състояние внезапно се влошава. Вдига високо кръвно налягане заради нефункциониращ бъбрек. На 21 февруари е опериран и бъбрекът му е отстранен заради тумор. Провежда химиотерапия. Умира от рак на 1 октомври 2006 г. в 5 ч. сутринта.