Родился 5 сентября 1817 г. в Санкт-Петербурге. Принадлежал к древнему дворянскому роду Толстых, представителями которого также были писатели Лев Николаевич Толстой (1828-1910) и Алексей Николаевич Толстой (1882-1945).
Отец - Константин Петрович Толстой (1780-1870), граф, советник Государственного ассигнационного банка. Мать - Анна Алексеевна (фамилия до замужества - Перовская), внебрачная дочь графа Алексея Разумовского, министра народного просвещения Российской империи в 1810-1816 гг.
Через два месяца после рождения ребенка брак родителей распался. Мать увезла сына в свое имение Блистова (ныне - село в Менском районе Черниговской области Украины), затем - к брату, писателю Алексею Перовскому в его имение Погорельцы (ныне - село в Семеновском районе Черниговской области Украины). В 1825-1826 гг. Алексей Перовский (литературный псевдоним - Антоний Погорельский), уделявший большое внимание воспитанию племянника, написал для него сказку "Черная курица, или подземные жители". Данное произведение, опубликованное в 1829 г. и получившее впоследствии широкую известность, считается первой в русской литературе авторской сказкой для детей.
Первые стихи Алексей Толстой написал в шестилетнем возрасте, увлечение племянника сочинительством поддерживал Алексей Перовский.
С 1826 г. вместе с матерью и дядей он жил в Санкт-Петербурге. В августе того же года во время проходивших в Москве мероприятий, приуроченных к коронации императора Николая I, был представлен восьмилетнему цесаревичу Александру Николаевичу и выбран его "товарищем для игр".
В конце 1820-х - начале 1830-х гг. вместе с матерью и дядей путешествовал по Европе.
В 1834 г. поступил на службу в Московский архив Министерства иностранных дел Российской империи.
В декабре 1835 г. успешно сдал в Московском университете (ныне - Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) экзамены "на право чиновников первого разряда". В январе 1836 г. получил соответствующий аттестат, через несколько месяцев начал службу в Санкт-Петербурге в качестве чиновника департамента хозяйственных и счетных дел Министерства иностранных дел.
В 1837 г. был причислен "сверх штата" к русской дипломатической миссии во Франкфурте-на-Майне (Германский союз, ныне - ФРГ). В 1838-1840 гг. преимущественно проживал в Европе - Германии, Италии и Франции. После смерти своего дяди Алексея Перовского получил все его крупное состояние.
В декабре 1840 г. был назначен младшим чиновником во Второе отделение Собственной его Императорского Величества канцелярии (Санкт-Петербург).
В 1850 г. работал в Калуге в сенатской комиссии, занимавшейся ревизией дел в губернии.
В 1855-1856 гг. во время Крымской войны состоял на военной службе. В чине майора был зачислен командующим ротой стрелкового полка императорской фамилии, но участия в боевых действиях его подразделение не принимало из-за эпидемии тифа. 7 сентября (26 августа) 1856 г., в день коронации Александра II, Алексей Толстой был произведен в подполковники и назначен флигель-адъютантом. В октябре того же года при переформировании стрелкового полка в батальон оставлен в его штате с правом бессрочного отпуска в мирное время. Тогда же получил назначение делопроизводителем в Секретный комитет по делам о раскольниках.
В 1859 г. ушел в бессрочный отпуск. Толстой тяготился службой, стремясь наиболее полно реализовать себя на литературном направлении.
В сентябре 1861 г. в чине статского советника был уволен с придворной службы, в октябре того же года - из стрелкового батальона.
Уйдя в отставку, в основном проживал в своих имениях и за границей, где занимался литературным творчеством.
Алексей Толстой скончался 10 октября (28 сентября) 1875 г. в селе Красный Рог (ныне - на территории Почепского района Брянской области РФ) в возрасте 58 лет. Причиной послужила передозировка морфия, который писатель с начала 1870-х гг. принимал по рекомендации врача. Похоронен Алексей Толстой в фамильном склепе у Успенской церкви Красного Рога.
Литературная деятельность
В 1839 г., находясь в Европе, написал на французском языке мистико-фантастические рассказы "Семья вурдалака" и "Встреча через триста лет" (впервые изданы после смерти автора - в 1884 и 1912 гг. соответственно).
Литературным дебютом Алексея Толстого стала готическая повесть "Упырь", опубликованная под псевдонимом Краснорогский отдельным изданием в Санкт-Петербурге в 1841 г. Данная новелла считается первым произведением подобного жанра в русской литературе. Повесть высоко оценил известный критик Виссарион Белинский. В рецензии в журнале "Отечественные записки" он отметил, что "…книжка носит на себе все признаки еще слишком молодого, но тем не менее замечательного дарования, которое нечто обещает в будущем".
В 1840-х гг. Толстой начал создавать лирические стихи и поэмы. Эти произведения были напечатаны позднее, на протяжении 1850-х - 1860-х гг., многие из них приобрели широкую известность ("Колокольчики мои", "Средь шумного бала, случайно…", "Курган", "Василий Шибанов" и др.). Более семидесяти стихотворений Алексея Толстого положены на музыку русскими композиторами. Романсы на его слова писали Петр Чайковский, Антон Рубинштейн, Сергей Танеев, Модест Мусоргский и др.
В 1859 г. писатель вступил в Общество любителей российской словесности.
В 1850-х - 1860-х гг. Алексей Толстой вместе со своими двоюродными братьями Владимиром, Александром и Алексеем Жемчужниковыми под коллективным псевдонимом Козьма Прутков публиковал в журналах "Современник", "Искра", "Свисток" и др. сатирические стихи, литературные пародии и афоризмы. Среди наиболее известных из них: "Никто не обнимет необъятного", "Если у тебя есть фонтан, заткни его; дай отдохнуть и фонтану", "Если хочешь быть красивым, поступи в гусары", "Бди!" и др. Авторы создали комический тип поэта-чиновника, воспринимавшего действительность с казенной точки зрения. В 1863 г. в "Современнике" был опубликован "Краткий некролог", извещавший о "смерти" Козьмы Пруткова.
Уйдя со службы в 1861 г., Алексей Толстой полностью сосредоточился на творчестве. Он много путешествовал по Европе, не прекращая литературную деятельность. В 1862 г. опубликовал драматическую поэму "Дон Жуан". В том же году выпустил исторический роман "Князь Серебряный. Повесть времен Иоанна Грозного", ставший одним из наиболее известных его произведений. Автор отмечал, что намеревался создать "изображение общего характера целой эпохи и воспроизведение понятий, верований, нравов и степени образованности русского общества во вторую половину XVI столетия". В декабре 1861 г. - январе 1862 г., еще до публикации романа, Толстой читал его в Зимнем дворце на вечерних собраниях у императрицы Марии Александровны, за что получил от нее золотой брелок в форме книги.
Важное место в его творчестве занимает драматическая трилогия "Смерть Иоанна Грозного" (1866), "Царь Федор Иоаннович" (1868) и "Царь Борис" (1870). Ее части отражают в хронологической последовательности события трех царствований и связаны идеей самодержавной власти. Трилогия во многом повлияла на развитие национального театра. 26 (14) октября 1898 г. спектаклем "Царь Федор Иоаннович" по драме Толстого открылся Московский художественный театр (ныне - Московский художественный академический театр им. А. П. Чехова).
В 1867 г. вышел единственный прижизненный поэтический сборник литератора - "Стихотворения".
В конце 1860-х - начале 1870-х гг. Толстой создал ряд стихотворных исторических баллад ("Песня о походе Владимира на Корсунь", "Роман Галицкий" и др.) и авторских былин, в которых лирически представил фольклорные образы ("Илья Муромец", "Алеша Попович", "Садко"). Сам писатель считал лучшей своей балладой "Змей Тугарин", написанную в 1867 г.
В 1873 г. Алексей Толстой завершил автобиографическую поэму "Портрет". В том же году он стал членом-корреспондентом Петербургской академии наук по отделению русского языка и словесности. В 1875 г. выпустил поэму "Дракон", представлявшую собой стилизованное под старинный текст произведение с подзаголовком "рассказ XII века, с итальянского".
Статский советник (1854). Имел придворный чин егермейстера (1861).
Кавалер ордена святого Станислава II степени (1858).
С 1863 г. был женат на Софье Андреевне Миллер (девичья фамилия - Бахметева, 1827-1895).