Родился 29 мая 1916 г. на хуторе Веревкин Верхне-Добринской волости Камышинского уезда Саратовской губернии Российской империи (ныне окрестности Камышина - административного центра Камышинского района Волгоградской обл. РФ). В советское время считалось, что будущий летчик родился 20 мая, однако в 2016 г. после обнаружения в архиве церковной метрической книги с записью о рождении Александра Маресьева дату удалось уточнить.
Отец - Петр Авдеевич Маресьев, солдат Первой мировой войны, умер от туберкулеза, когда Алексею было три года. Мать - Екатерина Никитична Маресьева, работала уборщицей на заводе. Алексей был младшим из четырех ее сыновей.
В 1930 г. в Камышине он окончил шесть (по другим данным - семь) классов школы, в 1930-1932 гг. в Камышинской школе фабрично-заводского ученичества (ФЗУ) освоил профессию токаря.
В 1933-1934 г. без отрыва от производства учился на Камышинском рабочем факультете им. М. Горького Саратовского сельскохозяйственного института (ныне Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова). В 1940 г. окончил Батайскую военную авиационную школу пилотов имени А. К. Серова (ныне Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков), в 1952 г. - Высшую партийную школу при ЦК КПСС, в 1956 г. - аспирантуру Академии общественных наук при ЦК КПСС.
Кандидат исторических наук (1956).
В 1933-1934 гг. работал на камышинском лесозаводе масленщиком, токарем.
В 1934 г. был направлен на строительство г. Комсомольска-на-Амуре, где с марта 1935 г. по август 1937 г. работал лесорубом, затем - механиком-дизелистом на катере "Партизан". Занимался в аэроклубе. Осенью 1937 г. был призван в ряды Рабоче-крестьянской Красной армии (РККА). До 1938 г. служил в 12-м авиационном пограничном отряде на острове Сахалин.
В 1939 г. получил направление в Читинскую авиационную школу.
С 1940 г. - летчик-инструктор Батайской военной авиационной школы пилотов.
С началом Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. Алексей Маресьев был направлен на Юго-Западный фронт (первый боевой вылет - 23 августа 1941 г. в районе Кривого Рога). Был летчиком, командиром звена 296-го истребительного авиаполка, затем 580-го истребительного авиаполка (иап) на Северо-Западном фронте.
В начале апреля 1942 г. в районе так называемого "демянского котла" (Демянский, Валдайский районы Новгородской обл.) в ходе боевого вылета истребитель Як-1 Маресьева был подбит. По разным данным, это произошло 4 (дата приводилась в двухтомнике "Герои Советского Союза" 1988 г. издания) или 5 апреля (согласно "Именному списку безвозвратных потерь начальствующего состава 6-й ударной авиагруппы Ставки Верховного Главнокомандования с 20 апреля по 1 мая 1942 года"). Истребитель совершил вынужденную посадку в тылу немецких войск. В течение 18 суток тяжело раненный в ноги пилот пробирался ползком к линии фронта. Его нашли жители д. Плав Кисловского сельсовета Валдайского района. В начале мая 1942 г. Маресьев был переправлен в московский госпиталь, где из-за развившейся гангрены врачам пришлось ампутировать летчику голень одной ноги и часть стопы другой.
Алексей Маресьев освоил протезы и попросил вернуть его в действующую армию. В начале 1943 г. он прошел медкомиссию и был направлен на тренировки в 3-ю авиационную школу первоначального обучения (пос. Ибреси и село Климово, Чувашская АССР, ныне - Чувашия).
С июня 1943 г. - в составе 63-го гвардейского иап (в дальнейшем эта воинская часть неоднократно меняла номера и названия, расформирована в 2009 г.). В должности замкомандира эскадрильи, затем - помощника командира и штурмана полка участвовал на истребителе Ла-5ФН в боях на Курской дуге и в Прибалтике. 20 июля 1943 г. в воздушном бою с превосходящими силами противника спас самолет ведомого и самолет командира соседней авиачасти, за что Маресьеву было присвоено звание Героя Советского Союза.
Согласно советским послевоенным публикациям, всего в годы войны Маресьев совершил 86 боевых вылетов, провел 26 воздушных боев, в которых лично сбил 11 самолетов противника, в том числе семь - после ампутации.
В 1944-1946 гг. Алексей Маресьев служил инспектором-летчиком в Управлении высших учебных заведений Военно-воздушных сил (ВВС) РККА.
В июле 1946 г. был уволен в запас в звании майора.
В 1948-1949 гг. - начальник авиационной подготовки 1-й Московской спецшколы ВВС (ликвидирована в 1955 г.).
В период с 1956 г. по 1983 г. - ответственный секретарь, а с 1983 г. - 1-й заместитель председателя Советского (с 1991 г. - Российского) комитета ветеранов войны. C 1958 г. - первый вице-президент Международной федерации борцов Сопротивления (Federation Internationale des Resistantes, FIR).
8 мая 1967 г. участвовал в церемонии зажжения Вечного огня у Могилы Неизвестного Солдата в Москве.
В 1997-2001 г. занимал пост руководителя Регионального общественного фонда А. П. Маресьева "Инвалиды Великой Отечественной войны".
Алексей Маресьев скончался 18 мая 2001 г. в Москве после инфаркта, на 85-м году жизни. Похоронен на московском Новодевичьем кладбище (участок 11).
Был депутатом Верховного Совета СССР 12-го созыва (1989-1991).
Полковник (1978).
Герой Советского Союза (24 августа 1943). Был награжден двумя орденами Ленина (1943, 1986), орденами Красного Знамени (1942), Октябрьской Революции, Боевого Красного Знамени (1942), Отечественной войны I степени (1985), двумя орденами Трудового Красного знамени, орденом Красной Звезды, Дружбы Народов (1976), Почета (1991), "За заслуги перед отечеством" III степени (1996), Дружбы (2000) и др., орденами и медалями иностранных государств. Лауреат Почетной грамоты Правительства РФ (1996), обладатель благодарности Президента РФ (2001).
Почетный гражданин г. Камышина (1968), болгарского г. Стара-Загора (1973), Комсомольска-на-Амуре (1977), Орла (1990). Лауреат Российской национальной премии "Олимп" (титул "Национальный герой", 2000).
Автор брошюры "На Курской дуге. Заметки о партийно-политической работе в авиационных частях в дни Курской битвы" (1960).
Алексей Маресьев был женат на Галине Викторовне Маресьевой (урожденная Третьякова, скончалась в 2002 г.), сотруднице Управления вузов ВВС. Старший сын - Виктор (род. 1946), инженер-автомобилист, ныне - президент Регионального общественного фонда А. П. Маресьева "Инвалиды ВОВ". Младший сын - Алексей (1958-2002).