Принадлежал к потомкам казахских "чингизидов" торе. Окончил Омское техническое училище, затем экономический факультет Петербургского лесотехнического института.
Относил себя к «западническому направлению» общественного движения казахской интеллигенции, которая «видит будущее киргизской степи в сознательном претворении западной культуры — в самом широком смысле этого слова» и «возьмёт за образец… в частности, Партию Народной Свободы» («Киргизы», в книге: Формы национального движения в современных государствах, СПб., 1910, с. 599).
Алихан Букейханов стал первым биографом Абая. Его статья «Абай (Ибрагим) Кунанбаев» - некролог казахского народного поэта в связи с характеристикой его творчества была напечатана в газете «Семипалатинский листок» в 1905 году. Затем с портретом Абая она печаталась в журнале «Записки Семипалатинского подотдела Западно-Сибирского отдела Императорского русского географического общества» в 1907 году.
Член партии кадетов с 1905 г. В конце 1905 г. в Уральске на съезде делегатов 5 областей был одним из инициаторов попытки создания Киргизской (Казахской) конституционно-демократической партии. В январе 1906 арестован «как руководитель киргизского политического движения» (ЦГАОР, ф. ДП, 7 д-во, д. 2, ч. 39, л. 63); освобождён через 3 месяца. Член 1-й Государственной Думы. Подписал Выборгское воззвание (1906), призывавшее к гражданскому неповиновению. В 1908 г. арестован вновь, до 1917 г. пребывал в ссылке в Самаре. Член Самарского губернского комитета (создан в августе 1915) Партии Народной Свободы.
Имя Букейханова значилось в перечне имен Санкт-Петербургской масонской ложи «Полярная звезда». Основание самарской группы масонов совпадает по времени со встречей Букейханова с Керенским. Существует также мнение, что назначение в 1917 году Букейханова комиссаром Временного правительства по Казахстану произошло по воле масонского братства, оказавшегося у руля власти. Букейханов считал, что именно через масонство ему удастся достичь своих целей: вместе с Россией и под её патронажем добиться автономии Казахстана, включающей в себя собственный парламент, самоуправление, то есть право на управления финансами и наличие собственного законодательства и рядом других атрибутов самостоятельной государственности.
Но его пути с кадетами и масонами разошлись после февральской революции, поскольку он перестал находить поддержку среди них в самом главном вопросе — предоставление автономии казахскому народу, а также по другим принципиальным вопросам (землепользование и взаимоотношение государства и церкви). Свои мотивы он изложил в статье «Почему я вышел из партии кадетов», отметив в качестве сути расхождений стремление товарищей по партии и масонских «братьев» «сохранить империю при существующих границах».
Самоопределившись, А. Букейханов создает национальную политическую партию «Алаш», идейные предпосылки которой были заложены газетой «Казах», выходившей с 1913 года, которую он создал с Ахметом .Байтурсыновым и Миржакипом Дулатовым. Он участвовал в работе съезда сибирских автономистов в Томске, на котором было принято решение о предоставлении в составе Сибирской республики автономии казахам.
В гражданской войне А. Букейханов и алашординцы были по «ту сторону баррикад» вместе с сибирскими правителями почти до конца 1919 года, когда они оказались один на один с упрочившей свои позиции новой властью. Алашординцам пришлось пойти на единственно приемлемое, хотя и чрезвычайно тяжелое решение — войти в соглашение с идейными и политическими противниками в обмен на декларативное обещание сохранения национальной автономии. Букейханов вынужден был в этих условиях отказаться от активной политической и государственной деятельности. Он считал противозаконной акцию Ленина и большевиков по вооруженному захвату власти. С её осуждением он выступил в статье «Общесибирский съезд», опубликованной в 1917 году в газете «Сарыарка».
Поскольку идея автономии не отвергалась Советской властью, А. Н. Букейханов счел для себя возможным на легальной основе работать в сфере культуры. Платформа марксизма и экономического материализма, казалось ему, давала условия для критического подхода к национальной политике, и к методам насаждения социализма. Но деятельность А. Букейханова была расценена не просто как оппозиция и инакомыслие, а как «контрреволюционная борьба против советской власти». Достигнутый между большевиками и «Алаш-ордой» компромисс был впоследствии большевиками отброшен, а лозунг «алашординец-националист» стал основой репрессий против казахской интеллигенции.
С 1922 г. по 1927 г. был литературным сотрудником Казакской секции Центрального издательства народов СССР в Москве. В 1920-1930-е годы трижды арестовывался органами НКВД. 27 сентября 1937 года осужден ВКВС за принадлежность к «террористической организации» и в тот же день расстрелян (вместе с Нурмаковым).
Самое принципиальное в политическом наследии А.Букейханова - идея национально-государственного самоопределения, она была выношена им и его соратниками (Сейфуллиным, Нурмаковым, Исаевым), которые отдали все силы на её претворение, провозгласив в декабре 1917 года государство "Алаш-Орда", и в конечном счете поплатившись за это собственной жизнью.