А. К. Нартов родился в Москве 28 марта (7 апреля) 1693 года. Точное происхождение его неизвестно. Предполагается, что он был из «посадских людей». С 1709 года Андрей Нартов работал токарем в Московской школе математических и навигацких наук, основанной в 1701 году по велению Петра I. В 1712 как высококвалифицированного токаря Петр I вызвал Андрея Нартова в Петербург, где определил его в собственную дворцовую «токарню». В это время Нартов разработал и построил ряд механизированных станков для получения копированием барельефов и произведений прикладного искусства. Около 1718 г. послан царём в Пруссию, Голландию, Францию и Англию для усовершенствования в токарном искусстве и «приобретения знаний в механике и математике». По возвращении Нартова из-за границы Пётр Великий поручил ему заведовать своей токарней, которую Нартов расширил и пополнил новыми машинами, вывезенными и выписанными им из-за границы. Отношения его к Петру были очень близкими: токарня была рядом с царскими покоями и часто служила Петру Великому кабинетом. В 1724 г. представил Петру проект учреждения академии художеств.
После смерти Петра I Нартов был отстранен от двора. В 1726 году он был именным указом направлен в Москву на московский монетный двор. Московский монетный двор находился в то время в чрезвычайно запущенном состоянии. Отсутствовало элементарное оборудование. Нартову удалось наладить технику монетного дела. В 1733 он создал механизм для подъёма Царь-колокола.
После смерти Петра Нартову поручено было сделать «триумфальный столп» в честь императора, с изображением всех его «баталий»; но эта работа не была им окончена. Когда в академии наук были сданы все токарные принадлежности и предметы Петра, а также и «триумфальный столп», то по настоянию начальника академии, барона Корфа, считавшего Нартова единственным человеком, способным окончить «столп», в 1735 году Нартов был вызван из Москвы в Петербург в академию «к токарным станкам», для заведования учениками токарного и механического дела и слесарями.
Нартов разработал конструкцию первого в мире токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс (1738). Впоследствии это изобретение было забыто, и токарно-винторезный станок с механическим суппортом и гитарой сменных зубчатых колес заново изобрёл около 1800 года Генри Модсли.
В 1742 г. Нартов принес Сенату жалобу на советника академии Шумахера, с которым у него происходили пререкания по денежному вопросу, а затем добился у императрицы назначения следствия над Шумахером, на место которого был определен сам Нартов. Результаты его деятельности в этой должности были неоднозначны. Нартов пытался улучшить финансовое положение академии, навести порядок в ее делах. Но общего языка с академиками он не нашел и пробыл в этой должности только полтора года. По утверждению членов академии он оказался «ничего, кроме токарного художества, не знающим» и самовластным: он велел опечатать архив академической канцелярии, содержавший учёную переписку академиков, грубо обращался с академиками и, наконец, довел дело до того, что Ломоносов и другие члены стали просить возвращения Шумахера, который вновь вступил в управление академией в 1744 г., а Нартов сосредоточил свою деятельность «на пушечно-артиллерийском деле».
Работая в Артиллерийском ведомстве, Нартов создал новые станки, оригинальные запалы, предложил новые способы отливки пушек и заделки раковин в канале орудия и др. Им был изобретен оригинальный оптический прицел. Значение изобретений Нартова был столь велико, что 2 мая 1746 года был издан указ о награждении А. К. Нартова за артиллерийские изобретения пятью тысячами рублей. Кроме этого, ему отписали несколько деревень в Новгородском уезде. В 1754 года Нартов был произведен в генеральский чин статского советника.
А. К. Нартов скончался в Петербурге 16 (27) апреля 1756 года. После его смерти остались крупные долги, так как он вкладывал много личных средств в научно-технические опыты. Был похоронен в ограде церкви Благовещения на 8-й линии Васильевского острова. В настоящее время его надгробие находится в Александро-Невской Лавре.
Ему принадлежат: «Достопамятные повествования и речи Петра Великого» (в «Сыне Отечества» 1819 г. и в «Москвитянине» 1842 г.). В 1885 г. были напечатаны в «Русском Архиве» «Рассказы и анекдоты о Петре Великом», из которых многие взяты у Нартова. По словам Н. Г. Устрялова, сообщения Нартова, вообще преувеличивавшего свое значение и роль, ценны в особенности передачей подлинных слов Петра. Л. Н. Майков, напечатавший «Рассказы Нартова о Петре Великом» в «Записках Имп. Академии Наук» (т. LXVII, и отдельно, СПб., 1891), дает самый полный их сборник (162) и сопровождает исторической критикой, точно определяющей источники, которыми пользовался Нартов, и степень достоверности сообщений. Он делает догадку, что «Повествования» записаны не Нартовым, а его сыном, Андреем Андреевичем.
В 1755 Нартов завершил работу над рукописью «Театрум махинариум, или Ясное зрелище махин» — своеобразной энциклопедией станкостроения, медальерного и токарного искусства 1-й половины XVIII в. Эта книга имеет огромное значение для истории науки и техники. Эту книгу Нартов хотел «объявить в народ», то есть напечатать книгу и сделать доступным всем токарям, механикам и конструкторам. Книга, над которой Нартов работал с 1737 года, содержала тщательное описание 34 оригинальных токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных станков. Нартов давал подробные чертежи станков, составлял пояснения, разрабатывал кинематические схемы, описывал применявшиеся инструменты и выполненные изделия. Нартов разработал теоретическое введение, касающееся таких принципиальных вопросов, как необходимость сочетания теории и практики, необходимость предварительного построения моделей станков до их изготовления в натуре, учет сил трения и т. п. «Театрум Махинарум» был закончен Нартовым незадолго до смерти. Его сын собрал все листы рукописи, переплел и приготовил ее для поднесения Екатерине II. Рукопись была передана в придворную библиотеку и там пролежала в безвестности почти двести лет.
Станки из придворной токарной мастерской Петра I: три боковых токарно-копировальных станка, два медальерных и станок для нарезания зубчатых колес, созданные в период с 1712 по 1729 гг. Францем Зингером, А. К. Нартовым и другими мастерами «Токарни», экспонируются в Эрмитаже.
А.К.Нартов - прототип литературного персонажа Егора Константиновича Маркова (главного героя романа А.М.Волкова "Два брата").