В 1966г. окончил актерский факультет Дальневосточного института искусств (курс О. Старостиной). С 1966 по 1971гг. работал в Костромском драматическом театре им. А.Островского, в областном драматическом театре г. Могилева. С 1971 года работает в Калужском ордена Трудового Красного Знамени областном драматическом театре.
Сыграл множество разноплановых ролей. Неоднократно награждался премией Департамента культуры и искусств в номинации «Лучшая мужская роль сезона». В 1987 году М.А.Пахоменко присвоено звание «Заслуженный артист РСФСР», в 2002 году – звание «Народный артист России». С 8 июля 1999 года является Почетным гражданином города Калуги. В декабре 2011 года Михаилу Арсентьевичу Пахоменко присуждена и в апреле 2012 года торжественно вручена Национальная театральная премия “Золотая маска” в номинации “За выдающийся вклад в развитие театрального искусства”.
Роли в Калужском театре: Васков – «А зори здесь тихие» Б.Васильева, Платон – «Правда хорошо, а счастье лучше» А.Островского, Тишка – «Ивушка неплакучая» М.Алексеева Илья – «Касатка» А.Толстого, Фарятьев – «Фантазии Фарятьева» А.Соколовой, Шут – «Василиса Мелентьева» А.Островского, Вася Кузякин – «Любовь и голуби» В.Гуркина, Гаев – «Вишневый сад» А.Чехова, Сорин – «Чайка» А.Чехова, Швохнев – «Игроки» Н.Гоголя, Старик – «Стулья» Э.Ионеско, Грознов – «Правда хорошо, а счастье – лучше» А.Островского, Лир – «Король Лир» В.Шекспира и мн.др.
Снимался в фильмах: «Вы чье, старичье?» («Ленфильм», реж. нар. арт. СССР И.Хейфиц) – роль Касьяна Глушкова, «Час оборотня» («Одесса-фильм», реж. И.Шевченко) – роль Григория Михайловича, «Оно» (Ленфильм», реж. С.Овчаров) – роль Евсеича, «Волки в зоне» («Беларусьфильм», реж. В.Дерюгин) – роль Бомжа, «Под ступеньками» («Беларусьфильм», реж. В.Дерюгин) – роль Дерябина, «Око за око» (реж. Г.Полока) – роль генерала Адамова, «Невечерняя» («Мосфильм», реж. М.Хуциев) – роль Льва Толстого и др.
Лауреат премии “Лучшая главная мужская роль” – за роль в фильме “Око за око”, режиссер Г. Полока, на XVIII Международном фестивале актеров кино “Созвездие-2010”.