Александр Романович Беляев родился 16 марта 1884 года в Смоленске. Учился в Смоленской духовной семинарии, окончил Ярославский Демидовский юридический лицей. После возвращения в Смоленск работал помощником присяжного поверенного, одновременно начал публиковать в газетах театральные рецензии.
Первая художественная публикация — детская пьеса «Бабушка Мойра» в 1914 году, тогда же попробовал себя в качестве режиссера. Вскоре, однако, костный туберкулез надолго укладывает его в постель. Только в 1922 году Беляев смог снова вернуться к работе — среди его должностей этого времени пост инспектора по делам несовершеннолетних в Ялтинском уголовном розыске, воспитатель в детском доме. В 1923 году Беляев переехал в Москву, где работал в наркомате почты и телеграфа, затем юрисконсультом в наркомате просвещения.
В 1925 году Беляев публикует в журнале «Всемирный следопыт» рассказ «Голова профессора Доуэля» (позже переработан в роман), и с этого момента становится известен как писатель-фантаст. В последующие годы он печатает множество рассказов и повестей, а так же романы «Человек-амфибия» (1928), «Властелин мира» (1929), «Человек, потерявший свое лицо» (1929), которые сыграли значительную роль в формировании гуманистических традиций отечественной фантастики.
Более поздние произведения Беляева, за исключением его последнего романа «Ариэль» (1941), представляют из себя смесь политических агиток и научных идей, что объясняется в значительной степени жестким идеологическим прессингом, под которым приходилось существовать в те годы всем литераторам.
Именем Александра Беляева названа учрежденная в 1989 году Ленинградской писательской организацией ежегодная премия за лучшие фантастические и научно-популярные произведения.
Александр Беляев умер от туберкулеза в Пушкине 6 января 1942 года.