Родился в Богучаре Воронежской губернии, согласно архивным данным 12 (24) июля 1826 года: «города Богучара у титулярного советника Николая Иванова сына Афанасьева от жены Варвары Михайловны родился сын Александр». Его отец служил в Богучарском земском суде и в декабре 1828 года получил должность уездного стряпчего в Боброве, где прошли детство и юность Александра Афанасьева. В семье было семеро детей. Мать умерла рано, и воспитание дети получили от отца, который высоко ценил образование и привил эту любовь детям. До 1837 года, когда он поступил в Воронежскую гимназию, получал домашнее образование под руководством педагогов уездного училища, а также местных священников. В 1844 году одним из лучших окончил гимназию и поступил на юридический факультет Московского университета, где в 1847 году под руководством К. Д. Кавелина приступил к самостоятельным научным занятиям и начал сотрудничать в литературных журналах Современник и Отечественные записки, где были напечатаны его первые литературоведческие статьи; 21 сентября 1848 года в присутствии министра народного просвещения С. С. Уварова прочитал лекцию «О влиянии государственного (самодержавного) начала на развитие уголовного права в XVI и XVII столетиях на Руси», которая была найдена слишком либеральной и по окончании университета со степенью кандидата Афанасьеву было отказано в возможности продолжать в нём дальнейшие научные занятия.  1849—1862 годы  После неудачных попыток найти место учителя законоведения преподавал в московском пансионе Эннеса русскую историю и словесность. В ноябре 1849 года поступил на службу в Московский главный архив Министерства иностранных дел; в 1856 году стал начальником отделения, а вскоре — правителем дел комиссии печатания государственных грамот и договоров, состоящей при архиве. В этой должности он работал до 1862 года. С 1859 года имел чин надворного советника. Любитель старины, Афанасьев часто приобретал старинные рукописи и книги на рынке у Сухаревской башни; из находок получилась большая и ценная библиотека, из которой он черпал сведения по истории русской культуры.  В журналах «Современник» (1849—1852), «Отечественные записки» (1850—1860), «Архиве историко-юридических сведений о России», издававшемся Калачовым, и некоторых других изданиях Афанасьев опубликовал более 68 статей; среди его работ:  «Дедушка домовой», первое его мифологическое исследование («Архив» Калачёва, ч. 1); «Ведун и ведьма» (альманах «Комета», изд. Н. Щепкиным; отдельно, Москва, 1851);  «Языческие предания об острове Буяне» («Временник общ. ист. и древ. росс.», 1858 г., № 9 — здесь он впервые развил свою натурмифологическую систему славянского мировоззрения);
«Зооморфические божества у славян» («Отечественные записки», 1852 г., № 1—3);
«Несколько слов о соотношении языка с народными поверьями» («Известия акад. наук по отд. рус. языка и словесности», 1853 г.);
«Русские сатирические журналы 1769—1774 г.» («Отечественные записки», 1855 г., № 3, 4 и 6; отдельно, Москва, 1859 — до сих пор остаётся едва ли не лучшей монографией по истории литературы XVIII в.).
В 1858—1859 годах он издавал не нашедший достаточной поддержки журнал «Библиографические записки», где опубликовал:
«Сатиры Кантемира»;  «Н. И. Новиков»;  «Литературная полемика прошлого столетия»;  «Русская книжная торговля» и другие.
В 1860 году Афанасьев издал сборник «Русские народные легенды», который однако был изъят из продажи цензурой. Этот сборник включал 33 рассказа о жизни святых и Христа с точки зрения народа, некоторые оценки были нетрадиционны и расходились с оценками Русской православной церкви, вследствие чего он и был запрещён по настоянию Святейшего Синода.
Сказки с подобным содержанием, а также эротические сказки вошли в сборник «Заветные сказки», рукопись которого А. Н. Афанасьев тайно переправил в Европу. Этот или другой вариант рукописи сейчас хранится в Институте русской литературы РАН.
С 1862 года А. Н. Афанасьев (ранее 1871)  В конце 1850—1860-х годах — один из корреспондентов А. И. Герцена. После встречи (1862) с нелегально приехавшим в Россию В. И. Кельсиевым в квартире Афанасьева был произведён обыск, а сам он был привлечён по делу «О лицах, обвиняемых в сношениях с лондонскими пропагандистами» и уволен со службы. В 1864 году был освобождён от суда Сенатом с запрещением служить в государственных учреждениях. Работал помощником секретаря Московской городской думы (с 1865), секретарём съезда мировых судей 2-го округа Москвы (с 1867), чиновником Коммерческого банка (с 1870).
Продолжал свои исследования: в «Библиотеке для чтения» (1864) появились его статьи:
«М. С. Щепкин и его записки»;  «Поэтические предания о светилах небесных».  В «Филологических записках» (1865) Афанасьев поместил:  «Народные поэтические представления радуги»;  «Сказка и миф». Сотрудничал также в «Книжном вестнике».
Афанасьев был глубоким исследователем славянских преданий, верований и обычаев. В эти годы он закончил и издал главный труд своей жизни: «Поэтические воззрения славян на природу» (3 т., Москва, 1865—1869), в котором соединил и привёл в стройную систему всё написанное им прежде и всё наиболее важное, добытое трудами западных натур-мифологов. Это — фундаментальный труд, посвящённый историко-филологическому анализу языка и фольклора славян в связи с языком и фольклором других индоевропейских народов. По предложению П. И. Бартенева 25 января 1864 года был избран действительным членом Общества любителей российской словесности.  Последние годы
В последние годы Афанасьев обратился к теме сказок в русском фольклоре, разбив их на детские и взрослые. Его последние труды:
«Русские детские сказки» (2 ч., Москва, 1870; 2-е изд., Москва, 1886), изданные также за рубежом
«Русские заветные сказки», русские народные сказки эротического содержания; впервые изданы в Женеве в конце XIX века. Вместо реального наименования издателя на ней значилось: «Валаам. Типарским художеством монашеской братии. Год мракобесия» и имелась пометка: «Отпечатано единственно для археологов и библиофилов в небольшом количестве экземпляров». В России эта книга впервые издана лишь в 1992 году. Эпиграфом к ней вынесена цитата (правда, вырванная из контекста) из сказки «Странные имена»: