Mikk Üleoja on lõpetanud 1997. aastal Eesti Muusikaakadeemia prof Ants Üleoja dirigeerimisklassis ja kaitsnud samas 2004. aastal muusikamagistri kraadi (juhendaja prof Toomas Siitan). Ta on laulnud Maailma Noortekooris (1989–1992), Eesti Rahvusmeeskooris (1994–1996), Eesti Filharmoonia Kammerkooris (1996–2000) ja gregooriuse laulu ansamblis Vox Clamantis (1998–2011). Mikk Üleoja on olnud Püha Miikaeli poistekoori dirigent, kammerkoori Mattone ja Kaarli koguduse kontsertkoori peadirigent ning õpetanud dirigeerimist Viljandi Kultuuriakadeemias.
Aastail 1998–2011 oli ta Eesti Filharmoonia Kammerkoori koormeister. Alates hooajast 2011/2012 on Mikk Üleoja Eesti Rahvusmeeskoori kunstiline juht ja peadirigent. Mikk Üleoja dirigeerimisel on ilmunud kaheksa plaati, millest viis – Galina Grigorjeva autoriplaadid “In paradisum” (2014) ja “Galina Grigorjeva muusikat meeskoorile” (2023), Henrik Ødegaardi autoriplaat “Te lucis ante terminum” (2016), “REGIRAM” (2019) ja “Baltic Contrasts” (2023) – on salvestatud Eesti Rahvusmeeskooriga. Eesti Filharmoonia Kammerkooriga salvestatud plaat “Luule, see ei tule tuulest” (2007) sai Eesti Kultuurkapitali 2007. aasta preemia ning salvestis nimetati aasta parimaks kooriplaadiks. Galina Grigorjeva autoriplaat “In paradisum” võitis 2015. aasta Eesti muusikaauhindade jagamisel aasta klassikaalbumi tiitli. Veel auhindu: Eesti kooriühingu aastapreemia – aasta dirigent (2014); riiklik kultuuripreemia koos Eesti Rahvusmeeskooriga avalikkuse ette jõudnud väljapaistvate tööde eest (2015), Valgetähe IV klassi teenetemärk (2024).