Основные труды в области нефтехимии, галогенирования, алканилования, химии углеродов.
Окончил Московский химико-технологический институт им. Д.И. Менделеева (1930).
Заместитель министра высшего образования СССР (1947—1949).
С 1958 г. — директор Института нефтехимического синтеза АН СССР (ныне Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН).
Председатель Редакционно-издательского совета АН СССР (1961—1962). Главный редактор журнала «Нефтехимия» (с 1961). Председатель редколлегии международного ежегодника «Наука и человечество» (1962).
В 1961—1965 гг. — председатель Государственного комитета тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения — министр СССР.
Депутат Верховного Совета РСФСР 4 и 5 созывов (1955—1962). Депутат Московского городского совета (1950—1956, 1961—1962). Председатель Правления Ассоциации содействия ООН в СССР (с 1957). Председатель Советского Пагуошского комитета (с 1957).
Лауреат Ленинской премии и Сталинской премии третьей степени. Награжден двумя орденами Ленина, двумя орденами Трудового Красного Знамени и медалями. Действительный член академий наук Болгарии и Чехословакии, член-корреспондент Академии наук Румынии, почётный член Академии наук Венгрии.
Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище. На здании Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН установлена мемориальная доска учёному.