В 1955 году А. С. Ромов окончил Лениградское мореходное училище (среднее), плавал на судах морского флота. В 1957 году в газете «Морской флот» было опубликовано первое художественное произведение А.Ромова, рассказ «Первый груз». В этом же году А.Ромов был принят в Литературный институт им. Горького (на прозаический семинар писателя Бориса Бедного, автора повести «Девчата», по которой был снят одноименный нашумевший фильм, и одновременно на поэтический семинар Михаила Светлова). В 1961 году окончил Литературный институт. С 1959 по 1962 гг работал штатным разъездным корреспондентом журнала «Смена».
В 1962 году поступил на Высшие сценарные курсы Госкино СССР, в мастерскую писателя и кинодраматурга, классика советской кинодраматургии Евгения Габриловича (в этом наборе вместе с А.Ромовым учились также Илья Авербах, Алесь Адамович, Фридрих Горенштейн, Юрий Клепиков, Марк Розовский).
С 1975 года широко публиковался в центральных издательствах и журналах СССР и России.
C начала 90-х годов вдвоем с сыном уехал из страны, живет в Нью-Йорке, США.
Отец — Владимир Евграфович Татлин (1885—1953), художник, скульптор, архитектор, основатель художественного направления «конструктивизм». Приемный отец — Сергей Матвеевич Ромов (1885—1939), русско-французский писатель-искусствовед, тема — художественный авангард.
Мать — Нина Игнатьевна Бам (1901—1975), писатель, драматург, журналист, автор литературных записей, вышедших отдельными книгами в 1947—1948 гг. в Госполитиздате воспоминаний сестры жены Сталина, Анны Сергеевны Аллилуевой, и отца жены Сталина Сергея Яковлевича Аллилуева. За книгу «Воспоминания» (литзапись Н. Бам) А. С. Алилуева в 1947 году была, по указанию Сталина, приговорена к 10 годам заключения в одиночной камере, и этот срок отбыла полностью.
В центральных издательствах и журналах СССР и России были опубликованы с 1975 по 2001 гг. и неоднократно переиздавались остросюжетные романы и повести:
и многие другие.
Семь из вышеперечисленных произведений вошли в энциклопедическую серию «Советский детектив» и в серию «Мастера советского детектива».
Ромов также написал научно-фантастическую повесть «Голубой ксилл» (1984).
Всего по сценариям и по мотивам произведений Анатолия Ромова поставлено более десяти фильмов; пять из них, «Колье Шарлотты», «В полосе прибоя», «Алмазы шаха», «Фуфель» и «Чужие здесь не ходят» до сих пор регулярно выходят в эфир на различных каналах российского телевидения.
Первый художественный фильм по сценарию А. Ромова, снятый на «Ленфильме» режиссером Николаем Розанцевым, «Амнистии не подлежит», был приказом министра внутренних дел СССР Щелокова запрещен к показу, как порочащий звание советского милиционера. Позже этот фильм в изрядно порезанном виде вышел в прокат под названием «Развязка».