Mikrocontroller werden meist in den Programmiersprachen Assembler, C oder C++ programmiert. Andere Sprachen wie BASIC, Pascal, Forth oder Ada werden ebenfalls eingesetzt. Im Hobbybereich haben sich für bestimmte Mikrocontroller-Typen auch eigene, speziell entworfene Sprachen (wie beispielsweise JAL für die PICmicro-Familie von Microchip Technology) etablieren können. Seit einiger Zeit werden auch Mikrocontroller angeboten, die sich mit Lua (etwa NodeMCU) oder MicroPython leicht programmieren lassen.