Родился в деревне Уразово Тамьян-Катайского кантона Башкирской АССР (ныне в Учалинском районе Башкортостана). Рано потерял родителей и вырос сиротой. Учился в ФЗУ в Ташкенте, русскому языку начал учиться только с 16 лет. Во время войны до 1943 работал на Урале фрезеровщиком, с 1943 на фронте. После войны служил на Украине, а после демобилизации работал на строительстве Краснополянской ГЭС. Заочно окончил Литинститут (1966). Член Союза писателей с 1973. Заслуженный работник культуры Башкирской АССР (1990).
В начале 50-х под впечатлением чтения Э. М. Ремарка, Л. Толстого и А. Чехова стал писать рассказы о войне, которые, однако, из-за открытого изображения страданий, жестокости и трагизма не принимались к публикации. Первая публикация состоялась в 1961 в журнале «Дружба народов». В 1969 издал первый сборник рассказов, но только повестью «Атака», написанной примерно за 25 лет до публикации (1982), обратил на себя внимание как значительный военный писатель. «Приверженностью к правде и реализмом его творчество близко прозе Вяч. Кондратьева и К. Воробьева» (Вольфганг Казак).
В 2000-х годах произведения Анатолия Генатулина активно переводятся на башкирский язык.