Родился 11 июля 1826 года в г. Богучаре Воронежской губернии, где отец его служил уездным стряпчим. Отец высоко ценил образование и привил эту любовь детям.
Александр Николаевич Афанасьев сначала обучался в воронежской гимназии, затем прибыл в Москву и поступил в Московский университет, где учился в 1846—1849 годах на юридическом факультете и, в то же время, дополнительно слушал лекции С. П. Шевырева, О. М. Бодянского и Т. Н. Грановского. Ещё будучи студентом, начал сотрудничать в лучших в то время российских литературных журналах (Современник 1847 г. и «Отечественных записках» 1848), в которых были напечатаны его первые литературоведческие статьи.
Окончив обучение в университете, в 1849 году А. А. Афанасьев поступил на службу в московский главный архив Министерства иностранных дел, где в 1856 году стал начальником отделения, а вскоре правителем дел комиссии печатания государственных грамот и договоров, состоящей при архиве. В этой должности он работал до 1862 года.
Любитель старины, Афанасьев часто приобретал старинные рукописи и книги на толкучем рынке у Сухаревской башни; из находок получилась большая и ценная библиотека, из которой Афанасьев черпал сведения по истории русской культуры.
В журналах «Современнике» (1849—1852), «Отечественных записках» (1850—1860 ), «Архиве историко-юридических сведений о России», издававшемся Калачёвым, и некоторых других изданиях им было опубликовано более 68 статей; среди его работ:
В 1858—1859 гг. он издавал не нашедший достаточной поддержки журнал «Библиографические Записки», где опубликовал:
В 1860 году издал сборник «Русские народные легенды» (Москва), однако сборник был изъят из продажи цензурой. Этот сборник включал 33 рассказа о жизни святых и Христа с точки зрения народа, некоторые оценки были нетрадиционны и расходились с оценками Русской православной церкви., вследствие чего он вскоре был запрещён по настоянию Святейшего Синода.
Сказки с подобным содержанием, а также эротические сказки вошли в сборник «Заветные сказки», рукопись которого А. Н. Афанасьев тайно переправил в Европу.
В 1862 году в квартире Афанасьева был произведён обыск. После этого он вынужден был покинуть обеспечивавшую его службу. С трудом удалось ему найти место секретаря сначала в Московской думе, а затем в мировом съезде. Но и в это время Афанасьев продолжал свои исследования и труды; в «Библиотеке для чтения» (1864) появились его статьи:
в «Филологических Записках» (1865 год) он поместил:
Сотрудничал в это время он и в «Книжном вестнике». В эти же тяжёлые для него годы, при самых неблагоприятных условиях, Афанасьев закончил и издал главный труд своей жизни: «Поэтические воззрения славян на природу» (3 т., Москва, 1865 ? 1869), в котором он соединил и привёл в стройную систему всё сказанное им прежде и всё наиболее важное, добытое трудами западных натур-мифологов.
Историк и фольклорист, Александр Николаевич Афанасьев был глубоким исследователем славянских преданий, верований и обычаев. «Поэтические воззрения славян на природу» — фундаментальный труд, посвященный историко-филологическому анализу языка и фольклора славян в связи с языком и фольклором других индоевропейских народов. Книга Афанасьева является попыткой выявить живые связи языка и преданий, более того, воскресить основы русского мышления. Для своего времени работа была огромным шагом вперёд. К этой книге не раз обращались русские поэты и писатели: А. К. Толстой и Блок, Мельников-Печерский и Горький, Бунин и Есенин.
В советское время попытки издания «Поэтических воззрений славян на природу» встретили ряд препятствий. В сильно сокращённом варианте эта книга вышла в начале 1980-х годов после личного указания Ю. В. Андропова.
В последние годы Афанасьев обратился к теме сказок в русском фольклоре, разбив их на детские и взрослые. Его последние труды:
23 сентября (5 октября) 1871 года А. Н. Афанасьев умер от чахотки в возрасте 45 лет.
Похоронен на Пятницком кладбище в Москве.
А. Н. Афанасьев был, безусловно, выдающимся собирателем фольклора, однако уровень его как исследователя фольклора и мифологии был невысоким. Исходя из своей общей теории происхождения народной поэзии из мифа, Афанасьев объявляет и некоторые славянские народные праздники остатками религии поклонения солнцу. Эта теория, как показали позднейшие исследования, ошибочна, но она имела многих сторонников как в Западной Европе, так и в России. В исследовательских трудах Афанасьева поэтизировалась искусственно сконструированная мифология древних славян. Как замечает А. Л. Топорков, Афанасьев
Направление, взятое А. Н. Афанасьевым и Ф. И. Буслаевым, резкой критике подвергли Н. Г. Чернышевский и Н. А. Добролюбов. Они указали на оторванность их теоретических построений от жизни и интересов народа, на недопустимость механических сопоставлений совершенно разнородных явлений, на шаткость и неубедительность выводов.
Ошибочность методологических посылок Афанасьева стала очевидна уже к концу XIX века. Крупнейший русский и советский этнограф Д. К. Зеленин писал по этому поводу:
Со временем стала очевидна ошибочность и многих лингвистических выводов и сопоставлений Афанасьева.
Все вышеперечисленные недостатки не помешали тому, что труды Афанасьева в области славянской мифологии остаются весьма популярными и в наши дни — как среди исследователей, так и среди обывателей. Теория Афанасьева оказала значительное влияние на формирование влиятельной в наши дни теории «основного мифа». Кроме того, работы Афанасьева пользуются большой популярностью и охотно используются современными неоязычниками.