Отец — лейтенант флота Петр Иванович Тормасов (умер в 1789 году).
Из дворян. В 10 лет был определён пажом к Высочайшему Двору, а в 1772 году поступил на воинскую службу поручиком в Вятский пехотный полк. С 1784 года стал командовать Александрийским легкоконным полком, получив чин полковника.
Замеченный Потёмкиным, он был командирован в 1782 году в Крым, для усмирения бунта крымских татар.
В начале 2-й турецкой войны (1787—1792) находился в екатеринославской армии. В 1791 году, командуя конной бригадой, произвёл удачный поход за Дунай к Бабадагу, а 28 июня того же года принял видное участие в Мачинском сражении, командуя конницей левого фланга. Получил чин генерал-майора. Награждён 18 марта 1792 года орденом св. Георгия 3-го кл. (№ 95 по списку)
Во 2-ю польскую войну нанёс, с несколькими легкоконными полками, поражение неприятелю при местечке Мобар, а 28 сентября 1794 года, в сражении при Мациовицах, командовал левым флангом главных сил. При штурме Праги (пригорода Варшавы) вёл одну из колонн. В 1798 году получил чин генерал-лейтенанта, а в 1801-м генерала-от-кавалерии.
При царе Павле I, в 1799 году, исключен из службы, но в 1800 году вновь назначен командиром лейб-гвардии Конного полка. В 1803 году назначен киевским генерал-губернатором, в 1807 году — рижским, в 1808-м — главнокомандующим в Грузии и на Кавказской линии. Прибыв к своему посту в феврале 1809 года, Тормасов нашёл дела в затруднительном положении: Турция и Персия готовились к вторжению, Имеретия и Абхазия восстали, Дагестан был к близок к восстанию, а в распоряжении главнокомандующего имелось не более 42 тыс. человек. Тормасов проявил неутомимую энергию, способность направлять действия своих войск и умение выбирать исполнителей. Благодаря этому успех постепенно склонился на сторону России. Взяв крепость Поти и устранив тем самым влияние турок на Абхазию и Имеретию, Тормасов водворил в них спокойствие. В Дагестане попытки к восстанию были подавлены.
Ближайшие сотрудники Тормасова — Котляревский, Лисаневич и Симанович — нанесли туркам и персам несколько решительных поражений и тем обеспечили спокойствие южной границы России.
В Отечественную войну 1812 года Тормасов командовал 3-й обсервационной армией (54 батальона, 76 эскадрон, 9 казачьих полков, всего 43 тыс.), предназначенной для сдерживания Австрии.
Против Тормасова был направлен сначала Шварценберг, потом Ренье, с саксонским корпусом. 1 июля Тормасов, оставив корпус Остен-Сакена для охранения Волыни и для связи с дунайской армией, а генерал-майора Хрущова (драгунская бригада и 2 казачьих полка) во Владимире-Волынском, для обеспечения границ со стороны Галиции и Варшавского герцогства, сам, с главными силами, двинулся против фланга и тыла французских войск, наступавших от Бреста к Пинску против Багратиона. Корпус Ренье был разбросан на большом пространстве (Слоним — Пружаны — Брест — Кобрин — Яново — Пинск). 24 июля часть армии Тормасова захватила Брест. 27-го был разбит и положил оружие саксонский отряд в бою под Кобрином (генерал Кленгель, 66 офицеров, 2200 нижних чинов, 8 орудий); после того Тормасов занял Пружаны. Победа эта имела важное психологическое значение как первый успех в период отступления русских армий. За неё Тормасов получил 28 июля 1812 года в награду орден Св. Георгия 2-го класса (№ 43 по списку)
Ренье, собрав свои войска и соединившись со Шварценбергом, атаковал Тормасова у Городечно. 1 августа русские войска отступили сначала к Кобрину, а затем к Луцку, для соединения с дунайской армией, шедшей в Россию после заключения Бухарестского мира с Оттоманской Портой.
В сентябре армии соединились и заставили Шварценберга поспешно отступить к Бресту. Вскоре командование над соединёнными армиями перешло к адмиралу Чичагову, а Тормасов был отозван в главный штаб, где на него было возложено внутреннее управление войсками и их организация. Тормасов участвовал в сражениях под Малоярославцем, Вязьмой, Красным и с главной армией перешёл границу империи в декабре 1812 года. За Отечественную войну 1812 года единственным кавалером ордена Св. апостола Андрея Первозванного стал генерал А. П. Тормасов за отличие в сражении при Красном. Когда Кутузов, за болезнью, остался в Бунцлау, Тормасов временно принял главное командование над армией.
Вскоре расстроенное здоровье заставило его просить увольнения; он был назначен членом Государственного Совета, а в 1814 году — генерал-губернатором Москвы. 30 августа 1816 года возведён в графское достоинство.
Умер в 1819 году. (Рапорт московского губернатора Е. А. Дурасова о смерти генерал-губернатора А. П. Тормасова. 1819 г.)
Похоронен в Москве в Донском монастыре.