Александр Александрович Дейнека родился 8 (20) мая 1899 года в Курске, в семье железнодорожника. Первоначальное образование получил в Харьковском художественном училище (1915—1917). Молодость художника, как и многих его современников, была связана с революционными событиями. В 1918 он работал фотографом в Угрозыске, возглавлял секцию ИЗО Губнадобраза, оформлял агитпоезда, участвовал в обороне Курска от белых. С 1919 по 1920 Дейнека находился в армии, где руководил художественной студией при Курском политуправлении и «Окнами РОСТа» в Курске.
Из армии был командирован учиться в Москву, во ВХУТЕМАС на полиграфическое отделение, где его педагогами были В. А. Фаворский и И. И. Нивинский (1920—1925). Большое значение в творческом становлении и в формировании мироощущения художника имели годы ученичества и общения с В. А. Фаворским, а также встречи с В. В. Маяковским. Творческий облик Дейнеки был ярко и отчетливо представлен в его произведениях на первой же выставке в 1924 (Первая дискуссионная выставка объединений активного революционного искусства), в которой он участвовал в составе «Группы трех» (в группу входили также А. Д. Гончаров и Ю. И. Пименов). В 1925 Дейнека стал одним из основателей Общества станковистов (ОСТ). В эти годы им была создана первая советская подлинно монументальная историко-революционная картина «Оборона Петрограда» (1928).
В 1928 Дейнека стал членом художественного объединения «Октябрь», а в 1931—1932 — членом Российской ассоциации пролетарских художников (РАПХ). В 1930 художник создал выразительные в цветовом и композиционном отношении плакаты «Механизируем Донбасс», «Физкультурница». В 1931 появились очень разные по своему настроению и тематике картины и акварели: «На балконе», «Девочка у окна», «Наемник интервентов».
Новый знаменательный этап в творчестве Дейнеки начался в 1932. Самой значительной работой этого периода является картина «Мать» (1932). В эти же годы художником были созданы смелые по своей новизне и поэтичности произведения: «Ночной пейзаж с лошадьми и сухими травами» (1933), «Купающиеся девушки» (1933), «Полдень» (1932) и др. Наряду с работами лирического звучания появились и общественно-политические произведения: «Безработные в Берлине» (1933), наполненные гневом рисунки к роману «Огонь» А. Барбюса (1934).
С середины 1930-х Дейнека увлекся современными темами. К теме авиации художник обращался и раньше («Парашютисты над морем», 1934), но работа в 1937 над иллюстрациями к детской книге летчика Г. Ф. Байдукова «Через полюс в Америку» (вышла в свет в 1938) способствовала тому, что мастер с новой силой заинтересовался авиацией. Он написал ряд живописных работ, одна из самых романтических — «Будущие лётчики» (1937).
Историческая тема нашла свое воплощение в монументальных произведениях, посвящённых в основном дореволюционной истории. Художником были сделаны эскизы панно для выставок в Париже и Нью-Йорке (не реализовано). К числу наиболее значительных работ конца 1930-х — начала 1940-х относится «Левый марш» (1940).
В период Великой Отечественной войны Дейнека жил в Москве и выполнял политплакаты для мастерской военно-оборонного плаката «Окна ТАСС». В 1942 году совместно с художником Г. Г. Нисским совершил поездку на фронт под город Юхнов. В это время он создал напряженные и драматичные произведения. Картина «Окраина Москвы. Ноябрь 1941 года» (1941) — первая в этом ряду. Глубоким страданием проникнуто другое произведение — «Сгоревшая деревня» (1942). В 1942 Дейнека создал наполненное героическим пафосом полотно «Оборона Севастополя» (1942), которое явилось своего рода гимном мужеству защитников города.
К числу значительных работ послевоенного времени можно отнести полотна «У моря. Рыбачки» (1956), «Москва военная», «В Севастополе» (1959), а также мозаики для фойе актового зала Московского университета (1956), мозаику для фойе Дворца съездов в Московском Кремле (1961). Мозаики Дейнеки украшают станции московского метро «Маяковская» (1938) и «Новокузнецкая» (1943). За мозаики «Хорошее утро» (1959—1960) и «Хоккеисты» (1959—1960) в 1964 году художник был удостоен Ленинской премии.
Дейнека преподавал в Москве во ВХУТЕИНе (1928—1930), в Московском полиграфическом институте (1928—1934), в Московском художественном институте имени В. И. Сурикова (1934—1946, 1957—1963), в Московском институте прикладного и декоративного искусства (1945—1953, до 1948 директор), в Московском архитектурном институте (1953—1957). Он являлся членом президиума (с 1958), вице-президентом (1962—1966), академиком-секретарем (1966—1968) отделения декоративных искусств Академии художеств СССР. Награждён орденом Ленина, орденом Трудового Красного Знамени и медалями, герой Социалистического Труда (1969)
12 июня 1969 года Александр Александрович Дейнека скончался в Москве, похоронен на московском Новодевичьем кладбище. Несколько работ Дейнеки вошли в собрание Института русского реалистического искусства (ИРРИ).