Родился 5 октября 1944 г. в пос. Цугульский Дацан (Читинская область, ныне Забайкальский край).
В 1961 г. окончил ремесленное училище во Владивостоке.
В 1961-1963 гг. был учеником моториста, электриком на судах-рефрижераторах Дальневосточного рыболовецкого флота "Ярославль" и "Курган". Затем работал электромехаником на заводе и на швейной фабрике.
В 1969 г. окончил театральный факультет Дальневосточного педагогического института искусств (ныне Дальневосточный государственный институт искусств). Выпускник курса педагога Веры Сундуковой.
В 1969 г. Александр Михайлов был принят в труппу Приморского краевого драматического театра им. М. Горького. Дебютировал на его сцене в роли Родиона Раскольникова в спектакле "Преступление и наказание" по роману Федора Достоевского.
Через год актер перешел в Саратовский областной театр драмы им. Карла Маркса (ныне - Саратовский государственный академический драматический театр им. И. А. Слонова), где проработал почти десять лет. Был занят в спектаклях: "Дети Ванюшина" по произведению Сергея Найденова, "Тогда в Тегеране" по мотивам повести Виктора Егорова "Заговор против "Эврики", "Прошлым летом в Чулимске" по пьесе Александра Вампилова.
В 1979 г. Александр Михайлов стал артистом Московского драматического театра им. М. Н. Ермоловой. Исполнял роли в постановках: "Дядя Ваня" по пьесе Антона Чехова, "Дом, где разбиваются сердца" по произведению Бернарда Шоу, "Батальоны просят огня" по повести Юрия Бондарева, "Василиса Мелентьева" по пьесе Александра Островского.
С 1985 по 2004 г. Александр Михайлов служил в Государственном академическом Малом театре. Среди его ролей: Константин в "Детях Ванюшина", царь Иоанн Грозный в одноименном спектакле по произведению Алексея Толстого, Дорн в "Чайке" и Астров в "Дяде Ване" по пьесам Антона Чехова.
Также участвовал в антрепризных спектаклях: "Держись, Голливуд!" по пьесе Нила Саймона, "Старая дева" по пьесе Надежды Птушкиной "Пока она умирала", "Любовь - не картошка, не выбросишь в окошко" по пьесе Степана Лобозерова "Семейный портрет с посторонним".
Александр Михайлов широко известен в качестве киноактера. Дебютной для него стала роль бригадира Алексея Углова в фильме "Это сильнее меня" (1973, режиссер Федор Филиппов). Среди наиболее известных киноработ: Федор Баринев в мелодраме "Приезжая" (1977, Валерий Лонской), Павел Зубов в драме "Мужики!.." (1981, Искра Бабич), Виктор Фролов в мелодраме "Одиноким предоставляется общежитие" (1983, Самсон Самсонов), Василий Кузякин в комедии "Любовь и голуби" (1984, Владимир Меньшов), Павел Шорохов в криминальной драме "Змеелов" (1985, Вадим Дербенев), Иван Флягин в экранизации повести Николая Лескова "Очарованный странник" (1990, Ирина Поплавская), Сергей Юрлов в мелодраме "Благословите женщину" (2003, Станислав Говорухин). Последняя роль к настоящему времени - Петр Авдеевич в драме "Сто дней свободы" (2019, Тимур Алпатов). В общей сложности Александр Михайлов снялся в более чем 70 фильмах и сериалах.
В 1992 г. он выступил в качестве режиссера, сняв драматический фильм "Только не уходи".
В 1997 г. дебютировал как певец, выступал с концертной программой из русских и казачьих песен. В 2008 г. вместе с группой "Хорус" под руководством Евгения Бедненко выпустил музыкальный альбом "Очарованный странник".
С 2009 г. Александр Михайлов ведет преподавательскую деятельность во Всероссийском государственном институте кинематографии им. С. А. Герасимова. Является руководителем актерской мастерской, профессором вуза.
2 декабря 2007 г. Александр Михайлов принимал участие в выборах депутатов Государственной думы РФ V созыва по списку политической партии "Справедливая Россия: Родина/Пенсионеры/Жизнь" (баллотировался под первым номером в региональной группе ?80, Читинская область). По итогам голосования в Думу не прошел. 18 сентября 2016 г. участвовал в выборах депутатов Государственной думы РФ VII созыва (шестой номер общефедерального списка кандидатов от политической партии "Родина"). Избран не был.
С 2017 г. по н. в. Александр Михайлов является депутатом Совета депутатов муниципального округа Раменки (г. Москва) IV созыва. Был избран 10 сентября 2017 г. Баллотировался в качестве самовыдвиженца в избирательном округе ?3, набрал 29% и занял четвертое (последнее проходное) место в многомандатном округе.
В январе 2024 г. был зарегистрирован в качестве доверенного лица кандидата на пост главы государства Владимира Путина (президентские выборы пройдут в РФ в марте 2024 г.).
Президент Забайкальского международного кинофестиваля, Межрегионального общественного фонда им. Михаила Евдокимова. Входит в состав правления ассоциации "Забайкальское землячество".
Соучредитель ООО "Продюсерский центр Александра Михайлова".
Член Союза кинематографистов РФ.
Народный артист РСФСР (1992).
Награжден орденами Почета (1999), "За заслуги перед Отечеством" III и IV степеней (2019, 2004), Александра Невского (2024).
Лауреат премии Ленинского комсомола (1981), Государственной премии РСФСР им. братьев Васильевых (1983).
В 1982 и 1985 гг. Александр Михайлов был признан лучшим актером года по опросу журнала "Советский экран" (за роли в фильмах "Мужики!.." и "Змеелов" соответственно).
Удостоен Российской национальной актерской премии "Фигаро" им. Андрея Миронова (2021).
Почетный житель Забайкальского края (2022).
Автор биографической книги "Личное дело" (2003).
Женат вторым браком. Супруга - Оксана Михайлова, генеральный директор Продюсерского центра Александра Михайлова. Дочь - Мирослава (род. 2002). Первой женой актера была Вера Мусатова. От брака с ней - сын Константин (род. 1969, телерадиоведущий, продюсер). У Александра Михайлова также есть дочь Анастасия (род. 1991, актриса). Ее матерью является актриса Ольга Кузнецова.