Таким же стремлением к активной профессиональной и общественной деятельности, но уже в сфере искусств отличался младший из братьев Михаил Петрович (1839–1914). Первоначальное воспитание он получил дома под руководством старшего брата, Василия Петровича, а затем в гимназии. С детства он обнаруживал способности к рисованию и в 1856 году поступил в Академию художеств, где занимался живописью в мастерской известного академического художника Ф. А. Бруни. Уже через два года юный Боткин вышел из Академии, чтобы, следуя традиции старших братьев, продолжить образование за границей: в Германии, Франции, но главным образом в Италии. Здесь он сблизился со многими русскими художниками, в особенности с Александром Ивановым, творчество которого он почитал всю жизнь. О близости гениального художника с семьей Боткиных свидетельствует факт, приведенный в письме И. И. Панаева к И. С. Тургеневу от 26 июля 1858 года: «Иванов умер в двое суток от холеры самой сильной… Умер он на квартире у Боткиных». Следует лишь добавить, что умер Иванов, только прибывший из Рима, на квартире Михаила Петровича в Петербурге.
Большое значение для молодого художника имели советы старшего брата. Блестящий знаток Италии и ее искусства, Василий Петрович стал заботливым руководителем юного художника, вдумчивым и строгим судьей его произведений, что, по-видимому, в немалой степени сказалось на художественных пристрастиях младшего Боткина, его стойкой приверженности классическому искусству. Возвратившись в 1863 году в Петербург, Михаил Петрович выставил в Академии художеств две картины: «Вакханка с тамбурином» и «Плач на реках Вавилонских», за которые совет академии присудил совсем молодому художнику звание академика исторической живописи.
Художественные интересы М. П. Боткина отличались широтой и разнообразием. Он был не только известным живописцем, но и гравером, офортистом, рисовальщиком, пользовался признанием как крупный искусствовед и археолог. Более всего известны его исторические и жанровые картины. Первые написаны на сюжеты Нового Завета и времен первых христиан («Скорбящая Богоматерь», «Беседа Христа на горе Элеонской» и др.), вторые изображали сценки из итальянского быта или из жизни античной Греции и Древнего Рима («Pepina», «Древняя гончарная мастерская», «Слепая», «Вечерня в Ассизи» и др.). Картины его всегда вызывали противоречивые отзывы. Многие отмечали в них хороший рисунок и ясность композиции, другие называли его картины «большими, внешне эффектными и красивыми, но пустыми и поверхностными».
Гораздо большее признание М. П. Боткин получил как художественный деятель. Здесь молодой академик быстро продвигался по лестнице успеха, получая звания, чины, награды, должности. Михаил Петрович занимал видное положение в Академии художеств (с 1879 года – член совета академии), в императорской Археологической комиссии, в Обществе поощрения художеств, в Музее Штиглица и др. Он постоянно участвовал в различных комиссиях. Известна его деятельность в качестве распорядителя художественными отделами на Всероссийской промышленной выставке в Москве в 1882 году, в устройстве русского отдела на Международной промышленной выставке в Копенгагене. В 1882 году Михаил Петрович назначен членом Особой временной комиссии при Министерстве двора по реставрации придворного Благовещенского собора в Московском Кремле и, по сути, одним из главных руководителей реставрационных работ. С 1896 года он – директор музея Общества поощрения художеств в Петербурге. Ему был присвоен один из высших чинов – тайного советника. Несомненно, успехам младшего Боткина способствовали не только его дарования, образованность, но и широкие родственные и дружеские связи, в том числе и при дворе.