1997年10月に、司法試験に合格した。「東大の寮にいたとき法学部のやつがすごく威張っていた」ため、むかっ腹を立てたことが動機とされる。

1998年に東京大学大学院経済学研究科を、

2000年に東京大学大学院医学系研究科をそれぞれ単位取得退学。

放射線医学総合研究所、ハーバード大学附属マサチューセッツ総合病院を経て、

2003年に東京大学より博士号（医学）を取得。

2005年より東京大学先端科学技術研究センター医療政策人材養成講座特任講師。医師としては約14年間働いた。

2005年、第44回衆議院議員総選挙に自民党高認で新潟5区から立候補した。無所属の田中眞紀子に敗れ、比例復活も果たせなかった。

2009年の第45回衆議院議員総選挙に再び自民党公認で新潟5区から立候補。総選挙の直前に民主党に入党した田中に大敗を喫した。

2011年より、弁護士として活動し、医療訴訟や医療過誤などを主に担当

2012年の第46回衆議院議員総選挙では、自民党から日本維新の会に移って新潟5区から立候補したが、民主党前職で当時の文部科学大臣だった田中眞紀子の後塵を拝し、落選

2013年の第23回参議院議員通常選挙にも日本維新の会公認で新潟県選挙区から立候補したが、得票数4位で落選した。

2016年民進党を離党し、新潟県知事選に無所属で立候補し初当選

2018年出会い系サイトで知り合った20代の女子大学生に金品を渡して交際していた（買春行為）事が週刊文春に報じられ知事を辞職。約1年半の在職期間は歴代新潟県知事で最短。

2020年作家でタレントの室井佑月との近日中に結婚する事が報道され、米山本人もTwitterで発表。