Родился 17 сентября 1956 г. в селе Арашан Аламединского района Чуйской области Киргизской ССР (ныне Киргизская Республика).
В 1980 г. окончил Московский институт управления имени Серго Орджоникидзе (ныне Государственный университет управления) по специальности "инженер-экономист, организатор управления производством".
В студенческие годы играл в музыкальной группе на соло-гитаре.
В 1980-1983 гг. работал инженером в Министерстве связи Киргизской ССР, главным инженером дорожно-эксплуатационного управления. Одновременно занимался подстрочными переводами на русский язык книг киргизских писателей.
С 1983 г. занимал должности редактора, старшего референта в президиуме Верховного совета Киргизской ССР.
Затем, в 1987-1989 гг., был заместителем председателя Первомайского райисполкома г. Фрунзе (ныне Бишкек).
С 1989 по 1997 г. - директор научно-производственной фирмы "Форум".
В 1994 г. возглавил Социал-демократическую партию Кыргызстана (СДПК).
В 1995-2000 гг. - депутат Собрания народных представителей I созыва. Этот орган являлся нижней палатой Жогорку кенеша (Верховного совета) Киргизии. Возглавил фракцию "Реформа".
Баллотировался на пост президента Киргизии на выборах 29 октября 2000 г., занял третье место, получив 6,2% голосов избирателей. Главой республики был переизбран Аскар Акаев.
В 1997-1999 гг. занимал должность генерального директора акционерного общества "Кыргызавтомаш", в 1999-2004 гг. - председатель совета директоров промышленной группы "Форум". В 2004-2005 гг. возглавлял совет директоров корпорации "Кыргызавтомаш".
В марте 2005 г. был одним из лидеров "тюльпановой революции", результатом которой стало отстранение от власти президента Аскара Акаева. В апреле того же года жителями с. Акташ Ошской области Атамбаев был выдвинут кандидатом на пост президента страны, но снял кандидатуру в пользу тандема Курманбек Бакиев - Феликс Кулов (Бакиев баллотировался на пост президента республики, в случае его избрания Кулов должен был занять должность премьер-министра).
В 2005 г. исполнял обязанности министра экономического развития, промышленности и торговли, в 2005-2006 гг. - министр промышленности, торговли и туризма (в правительстве Феликса Кулова).
В 2006-2007 гг. - сопредседатель оппозиционного движения "За реформы!". Был одним из организаторов массовых акций протеста оппозиции весной-осенью 2006 г., участники которых требовали отставки президента и премьер-министра, а также проведения в стране конституционной реформы.
28 марта 2007 г. заявил о несогласии с политикой радикального крыла руководства движения, стал одним из инициаторов создания нового общественно-политического движения "За единый Кыргызстан!" – умеренного крыла оппозиции. Активно выступал за переговоры между оппозицией и властью.
30 марта 2007 г. по предложению президента Курманбека Бакиева парламент Киргизии утвердил Алмазбека Атамбаева на посту премьер-министра страны, в тот же день глава государства подписал указ о его назначении.
24 октября 2007 г. правительство Киргизии во главе с премьер-министром Алмазбеком Атамбаевым ушло в отставку, в связи с принятием на референдуме 21 октября новой конституции страны. По киргизским законам, в случае вступления в силу нового основного закона правительство обязано сложить с себя полномочия. С 24 октября Атамбаев исполнял обязанности премьер-министра, 28 ноября 2007 г. подал в отставку по собственному желанию.
В 2009 г. был выдвинут единым кандидатом от объединенной оппозиции на выборах президента республики. Занял второе место после Курманбека Бакиева, набрав 8,41% голосов.
В сентябре 2009 г. был избран председателем Объединенного народного движения.
Участвовал в апрельских событиях 2010 г., в результате которых президент Бакиев был свергнут. Власть в Киргизии перешла к оппозиции, которая сформировала временное правительство во главе с Розой Отунбаевой. Одновременно она заняла пост и.о. президента страны на переходный период – до избрания главы государства.
7 апреля 2010 г. Алмазбек Атамбаев был назначен первым заместителем председателя временного правительства. Занимал должность до 13 июля 2010 г.
10 октября 2010 г. был избран в Жогорку кенеш V созыва от СДПК и возглавил фракцию партии.
В декабре 2010 г. в парламенте Киргизии было создано коалиционное большинство в составе партии "Республика", СДПК и "Ата-Журт" ("Отчизна"), которое выдвинуло Атамбаева на пост премьер-министра страны. Был утвержден парламентом 17 декабря 2010 г.
С 1 декабря 2011 г. по 24 ноября 2017 г. - президент Киргизской Республики. Был избран 30 октября 2011 г. от Социал-демократической партии, получив 62,52% голосов. Его ближайший соперник - лидер партии "Единый Кыргызстан" Адахан Мадумаров - набрал 14,78%. Третье место на выборах занял руководитель партии "Ата-Журт" Камчыбек Ташиев - 14,32%.
После избрания президентом Киргизии в декабре 2011 г. приостановил свое членство в СДПК и сложил с себя полномочия ее председателя.
По истечении срока полномочий Алмазбек Атамбаев не стал принимать участие в президентских выборах в октябре 2017 г. Согласно конституции, одно и то же лицо не может занимать высший государственный срок два срока подряд. Алмазбек Атамбаев стал первым лидером Киргизии, добровольно покинувшим пост после окончания срока полномочий. 15 октября 2017 г. президентом Киргизии был избран Сооронбай Жээнбеков, премьер-министр республики.
31 марта 2018 г. Алмазбек Атамбаев вновь возглавил СДПК, но спустя год - 25 мая 2019 г. - ушел с должности и вышел из партии. Это решение было связано со вступлением в силу закона, запрещающего экс-президенту республики принимать какое-либо участие в деятельности политических партий. В противном случае ему грозит снятие неприкосновенности.
13 июня 2019 г. была сформирована специальная парламентская комиссия по снятию неприкосновенности с экс-президента Киргизии Алмазбека Атамбаева, которая спустя неделю направила результаты своей работы в Генпрокуратуру. 25 июня надзорный орган дал заключение о возможной причастности Атамбаева к пяти эпизодам нарушения закона. Он подозревается в причастности к перепрофилированию земельных участков в Иссык-Кульской области, коррупции при реконструкции ТЭЦ Бишкека и столичного Исторического музея, незаконному освобождению из мест заключения криминального авторитета Азиза Батукаева, а также противозаконным поставкам угля на ТЭЦ столицы и незаконном получении участка для строительства жилого дома в селе Кой-Таш Чуйской области.
27 июня 2019 г. депутаты парламента Киргизии проголосовали за лишение Атамбаева неприкосновенности и статуса экс-президента, что дает возможность привлечения его к уголовной ответственности (за - 103, против - шесть). Следственная служба МВД трижды вручала Алмазбеку Атамбаеву повестки для дачи показаний по одному из уголовных дел в качестве свидетеля, однако на допрос он не явился.
8 августа 2019 г. Алмазбек Атамбаев, подозреваемый в коррупции, был задержан в своей резиденции в селе Кой-Таш Чуйской области в ходе спецоперации, продолжавшейся почти сутки. Сторонники бывшего главы государства оказали сопротивление, погиб один сотрудник спецназа. Президент Киргизии Сооронбай Жээнбеков заявил, что Атамбаев нарушил конституцию, оказав вооруженное сопротивление силовикам. Экс-президенту республики было вручено уведомление в подозрении в применении насилия в отношении сотрудников правоохранительных органов, организации массовых беспорядков, организации убийства, организации покушения на убийство, организации захвата заложников, коррупции при незаконном освобождении из заключения криминального авторитета Азиза Батукаева, коррупции при реконструкции ТЭЦ Бишкека, незаконной сделке со зданием промышленной группы "Форум" в Бишкеке и незаконном получении земельных участков в селе Кой-Таш и в Иссык-Кульской области.
23 июня 2020 г. Первомайский районный суд Бишкека приговорил Алмазбека Атамбаева к 11 годам и двум месяцам лишения свободы с конфискацией имущества по делу о незаконном освобождении из-под стражи в 2013 г. криминального авторитета Азиза Батукаева. Атамбаев содержался в бишкекском СИЗО Госкомитета национальной безопасности. В ночь на 6 октября 2020 г. после начала массовых протестов в Киргизии, вызванных несогласием оппозиции с итогами парламентских выборов, экс-президент был освобожден из-под стражи своими сторонниками. 9 октября он принял участие в митинге в Бишкеке против действующей власти. 10 октября был вновь арестован по обвинению в организации беспорядков в столице Киргизии. 30 ноября 2020 г. Верховный суд Киргизии отменил приговор по делу о незаконном освобождении Батукаева и направил его на повторное рассмотрение. 15 сентября 2021 г. правоохранительные органы Киргизии предъявили Алмазбеку Атамбаеву еще два обвинения - в организации массовых беспорядков в Бишкеке и покушении на насильственный захват власти в 2020 г. 19 октября 2021 г. Верховный суд удовлетворил ходатайство Генпрокуратуры республики, отменив свое решение от 30 ноября 2020 г. Дело было направлено на новое рассмотрение в кассационном порядке. Прежний приговор в отношении экс-президента Киргизии вновь вступил в силу. 15 марта 2022 г. Верховный суд оставил в силе приговор нижестоящих инстанций о лишении свободы Алмазбека Атамбаева на 11 лет и 2 месяца.
16 июня 2022 г. Первомайский районный суд Бишкека признал Алмазбека Атамбаева невиновным по делам о незаконной выдаче паспортов гражданам Турции и нарушениях при строительстве школы в одном из районов столицы ввиду отсутствия состава преступления в действиях экс-президента Киргизии. 28 июня суд Первомайского района столицы республики оправдал Атамбаева по делу о массовых беспорядках в Бишкеке осенью 2020 г.
14 февраля 2023 г. Верховный суд Киргизии по ходатайству адвокатов Алмазбека Атамбаева направил на повторное рассмотрение дело о незаконном освобождении из-под стражи криминального авторитета Азиза Батукаева, по которому экс-президент республики был приговорен к 11 годам и 2 месяцам лишения свободы. В тот же день Атамбаев был освобожден из исправительной колонии в связи с новым решением суда.
Государственный советник Киргизской Республики 1-го класса.
Награжден орденами "Данакер" (2007), "Манас" II степени (2011), Александра Невского (Россия; 2016).
Почетный доктор российского Государственного университета управления.
Владеет русским и турецким языками.
Женат вторым браком (с 1988 г.). Супруга - Раиса Минахмедовна Атамбаева, по национальности - татарка, окончила Киргизский государственный медицинский институт, доктор медицинских наук (2016), работает в Медицинской академии Киргизии. От первой жены Буажар Тенизбаевой Алмазбек Атамбаев имеет четырех детей: сыновья Сейитбек и Сейтек, дочери Диана и Динара. Дети от второго брака: сын Хадырбек (род. 1993) и дочь Алия Шагиева (носит фамилию матери; род. 1997).
Мусульманин.