Mikk Üleoja alustas muusikaõpinguid Tallinna Muusikakeskkoolis, kus ta õppis koorijuhtimist oma õe Elo Üleoja juhendamisel ja trompetit Aavo Otsa juures. 1997. aastal lõpetas ta Eesti Muusikaakadeemia (Ants Üleoja dirigeerimisklassis) ja 2004. aastal sai samas magistrikraadi (Toomas Siitani juhendamisel). Aastatel 1990–1993 täiendas ta end Lahtis Snellmani kõrgkooli lauluosakonnas, õppides Rudolf Steineri õpetusel põhinevat Werbecki häälekooli meetodit. Tema juhendaja oli hollandi tenor Christiaan Boeel.[1]
Enda muusikaõpetajatest meenutab ta teistest enam viiuliõpetaja Harri Rikandit, trompetiõpetajat Avo Otsa ja muusikaajaloo õpetajat Toomas Siitanit.
Aastatel 1998–2011 töötas ta Eesti Filharmoonia Kammerkoori koormeistrina ning juhatas koori paljudel esinemistel, sealhulgas Austrias ja Soomes ning plaadisalvestustel.[1][2]
Koorijuhina alustas Mikk Üleoja tööd Pärnus kammerkoori Mattone juures, mille peadirigent ta oli aastatel 1994–1996. Aastatel 2003–2005 juhatas ta Püha Miikaeli poistekoori. 2003. aastast on ta Kaarli koguduse kontsertkoori peadirigent ning aastast 2011 Eesti Rahvusmeeskoori kunstiline juht ja peadirigent.[1]
