Родился в Петербурге в семье архитектора Н.Л. Бенуа. В 1885 — 1890 г.г. учился в гимназии К.И. Мая и посещал классы Академии художеств. В 1894 г. окончил юридический факультет Петербургского университета.
Написав в 1893 г. главу о русском искусстве для третьего тома «Истории живописи в XIX веке» Р. Мутера, вышедшего в 1894 г., заявил о себе как талантливый искусствовед.
В 1897 г., возвратившись из Франции, создал серию акварелей «Последние прогулки Людовика XIV», которая принесла ему известность как художнику.
И в дальнейшем Бенуа сохранял подобное двуединство, совмещая в себе художника и теоретика искусства.
С именем Бенуа связано возникновение в 1898 г. объединения «Мир искусства», одним из основателей которого он явился. Вместе с С. Дягилевым становится редактором и одноименного журнала. В 1901-1903 г.г. Бенуа также редактирует и журнал «Художественные сокровища России».
Перу Бенуа принадлежат многие книги, посвященные истории живописи и культуры вообще: «Русская живопись в XIX веке» (1901, 1902), «Путеводитель по картинной галерее Эрмитажа» (1911), «История живописи всех времен и народов» (серийное издание, 1910-1917) и др.
Творчество Бенуа-художника было, в основном, посвящено двум темам: «Франция эпохи «короля-солнца» и «Петербург XVIII – начала XIX в.». К ним он обращался как в своих исторических картинах, так и в пейзажных работах, выполненных с натуры в Петербурге и окрестных дворцах, либо во Франции, где Бенуа часто и подолгу бывал, в Версале. Эти же темы господствовали и в его театральных и книжных работам, которым художник, как и большинство «мирискусников», уделял много внимания.
Бенуа создал иллюстрации к «Пиковой даме» (1899, 1911) и «Медному всаднику» (1903-1922) А. Пушкина, выпустил книгу «Азбука в картинах Александра Бенуа» (1905). Театральная деятельность Бенуа началась в 1902 г. с оформления оперы Р. Вагнера «Гибель богов» для Мариинского театра. Для балета «Павильон Армиды» (1903) выполнил не только декорации, но и сочинил либретто. В дальнейшем, увлечение художника балетом привело к тому, что по его инициативе была организована частная балетная труппа «Русские сезоны», начавшая в 1909 г. свои выступления в Париже. Бенуа занял в труппе пост директора по художественной части и оформил несколько спектаклей.
К балету И. Стравинского «Петрушка» (1911) Бенуа создал декорации, ставшие одним из высших достижений художника, а также написал либретто. Некоторое время вместе с К. Станиславским и В. Немировичем-Данченко Бенуа руководил Московским Художественным театром.
После революции Бенуа принимал участие в работе всяческих организаций, связанных, главным образом, с охраной памятников, а в 1918 г. стал хранителем Эрмитажа.
В 1926 г. художник эмигрировал во Францию, где, главным образом, работал в театре — сначала в парижской «Гранд-опера», а после Второй мировой войны — в «Ла Скала» в Милане.
С 1934 г. писал книгу мемуаров «Мои воспоминания». Умер 9 февраля 1960 г. в Париже.