В 1896 году окончил ВМА. В 1901 году защитил докторскую диссертацию, а в 1904 году усовершенствовался в клиниках Франции и Швейцарии. С 1910 года — приват-доцент ВМА, затем работал в городе Симбирск. С 1914 года является профессором кафедры оперативной хирургии Петербургского психоневрологического института, реорганизованной по его инициативе в 1918 году в кафедру травматологии, а в 1920 году в связи с образованием на базе ПНИ Государственного института медицинских знаний (ГИМЗ) — кафедру травматологии и ортопедии. В 1917 году А. Л. Поленов одновременно с работой в ГИМЗ открыл Петроградский физио-хирургический институт для лечения инвалидов Первой мировой войны. В 1924 году он возглавил организованный по его инициативе Государственный травматологический институт (ЛГТИ).