Родился 21 апреля (3 мая) 1870 года в Санкт-Петербурге, в семье архитектора Николая Леонтьевича Бенуа и его жены Камиллы, дочери архитектора А. К. Кавоса. Начальное образование получил в гимназии Человеколюбивого общества, окончил гимназию Мая.Некоторое время учился в Академии художеств, также занимался изобразительным искусством самостоятельно и под руководством старшего брата Альберта. В 1894 году окончил юридический факультет Санкт-Петербургского университета.В 1894 году начал свою карьеру теоретика и историка искусства, написав главу о русских художниках для немецкого сборника «История живописи XIX века». В 1896—1898 и 1905—1907 годах работал во Франции.Стал одним из организаторов и идеологов художественного объединения «Мир искусства», основал одноимённый журнал.В 1916—1918 годах художником были созданы иллюстрации к поэме А. С. Пушкина «Медный всадник». В 1918 году Бенуа возглавил Картинную галерею Эрмитажа, издал её новый каталог. Продолжал работу как книжный и театральный художник и режиссёр, в частности работал над постановкой и оформлением спектаклей петроградского Большого драматического театра. В 1925 году принял участие в Международной выставке современных декоративных и промышленных искусств в Париже.В 1926 году А. Н. Бенуа покинул СССР. Жил в Париже, где работал над эскизами театральных декораций и костюмов. Участвовал в балетной антрепризе С. Дягилева «Ballets Russes» как художник и автор-постановщик спектаклей. Скончался 9 февраля 1960 года в Париже. В последние годы работал над обстоятельными мемуарами.
