Олександр Олександрович Богомолець народився 24 (за старим стилем 12) травня 1881 року в Києві, у Лук'янівській в'язниці, де на той час знаходилися його мати - політична ув'язнена Софія Богомолець, засуджена до 18 років каторги, і батько, Олександр Михайлович, земський лікар, засуджений за участь у революційному русі до заслання в Сибір на 7 років. Тому хлопчик виховувався у родовому маєтку діда до повернення із заслання батька.

1900 року Олександр Богомолець закінчив із золотою медаллю 1-у Київську гімназію і вступив на юридичний факультет університету Св. Володимира, але того ж року перевівся на медичний факультет. За станом здоров'я у січні 1901 р. він переїздить до Одеси, де продовжує навчання на медичному факультеті Новоросійського університету. Під час навчання на другому курсі університету О.О. Богомолець опублікував першу наукову роботу "До питання про будову і мікрофізіологію бруннерових залоз" (1902).

У лютому 1906 року майбутній учений закінчив університет на "відмінно" і був удостоєний звання лікаря, у січні 1907 року його призначено понадштатним лаборантом на кафедрі загальної патології Новоросійського університету, а з 1910 року - приват-доцентом цієї кафедри.

У травні 1909 року в Імператорській Військово-медичній академії О.О. Богомолець успішно захистив дисертацію на тему: "До питання про мікроскопічну будову і фізіологічне значення надниркових залоз в здоровому і хворому організмі". Одним із опонентів на захисті був великий російський фізіолог академік І.П. Павлов, який дав високу оцінку дослідженню молодого ученого.

У січні 1911 року Богомольця відряджено за кордон на один рік для підготовки до професорського звання. Там він працював у кращих клініках та університетах Франції і Німеччини. Після повернення того ж року його призначено екстраординарним професором кафедри загальної патології і бактеріології медичного факультету Імператорського Миколаївського університету (нині Саратовський університет). Цю посаду він обіймав по 1925 рік.

Саме в Саратові Богомолець зробив найбільший внесок у науку як виданий учений. Там уперше виявилися блискучі організаторські здібності молодого професора. Богомолець створив у Саратовському університеті наукову лабораторію і обладнав її кращим устаткуванням того часу. Частину приладів він привіз із Парижа, частину сконструював сам. Саратовська лабораторія О.О. Богомольця стала провідним центром експериментальної роботи в галузі патологічної фізіології в Росії.

У науковій діяльності Богомолець значну увагу приділяв проблемам імунології, вивченню механізмів клітинного й гуморального імунітету, анафілаксії.

Після Жовтневої революції професор Богомолець став старшим епідеміологом Саратовського губернського відділу охорони здоров'я. У роки громадянської війни він - науковий консультант санітарного управління Південно-західного фронту Червоної армії і санітарного відділу Управління залізниць Поволжя. 1923 року О.О. Богомолець організував першу в країні протималярійну лабораторію, яка ефективно працювала в Саратовському Заволжі.

1921 року О.О. Богомолець підготував і видав у Саратові підручник "Короткий курс патологічної фізіології".

У березні 1925 р. він переїздить до Москви, оскільки був обраний професором на кафедрі патологічної фізіології медичного факультету 2-го Московського державного університету.

У Москві Богомолець напише такі фундаментальні наукові праці, як "Криза ендокринології" (1927), "Загадка смерті" (1927), "Введення у вчення про конституції і діатез" (два видання, 1928), "Про вегетативні центри обміну" (1928), "Набряк. Нарис патогенезу" (1928), "Артеріальна гіпертонія. Нарис патогенезу" (1929), видасть значно перероблений і розширений підручник "Патологічна фізіологія" (3-тє видання, 1929).

Одночасно з 1928 по 1931 роки Богомолець - директор Інституту гематології і переливання крові Академії наук. Там під його керівництвом було вперше вирішено завдання надійної консервації крові.

1930 року О.О. Богомолець переїздить до Києва, де згодом стає президентом Академії наук Української РСР та директором двох інститутів - Інституту експериментальної біології і патології та Інституту клінічної фізіології Академії наук Української РСР (нині обидва інститути носять ім'я академіка Богомольця). Праці О.О. Богомольця у київський період життя присвячено найважливішим питанням патологічної фізіології, ендокринології, вегетативної нервової системи, вченням про конституції і діатез, онкології, фізіології і патології сполучної тканини та проблемам довголіття.

Значним досягненням ученого став розроблений ним метод дії на сполучну тканину антиретикулярною цитотоксичною сироваткою (АЦС, або сироваткою Богомольця). Окрім того, академік Богомолець розробив теорію, яка пояснює механізм дії переливання крові колоїдокластичним шоком (шок від пошкодження колоїдів). Усю війну успішно застосовувалася його методика консервації крові.

Ним створено потужну школу патофізіологів. Олександр Олександрович Богомолець - автор учення про взаємодію пухлини і організму, яке змінило тогочасні погляди на ріст пухлин.

Як президент Академії наук Української РСР О.О. Богомолець провів величезну роботу із розробки та виконання планів наукових робіт для вирішення завдань індустріалізації країни.

Окрім того, він показав себе як мужня людина. Так, у часи масових репресій на його прохання і під його відповідальність було звільнено з місць позбавлення волі чимало видатних учених. 1932 року О.О. Богомольця обрано академіком Академії наук СРСР, 1929 - академіком академії наук Української РСР, 1939 - академіком Академії наук Білоруської РСР.

На початку війни разом із Академією наук УРСР його було евакуйовано до Уфи, де він зумів провести масову реорганізацію української науки для потреб воєнного часу. Це зумовило не лише вражаючі наукові результати, але й зіграло велику роль у розвитку оборонної промисловості. Згодом учений продовжує дослідження в галузі патофізіології для військової медицини.

Із 1942 року О.О. Богомолець - віце-президент Академії наук СРСР. Він - активний соратник академіка М.М. Бурденка у справі створення Академії медичних наук СРСР, згодом був обраний дійсним членом академії (1944). Цього ж року його обрано почесним академіком Академії наук Грузинської РСР.

За видатні досягнення в галузі охорони здоров'я країни за скрутних умов воєнного часу указом Президії Верховної Ради СРСР від 4 січня 1944 року Олександру Олександровичу Богомольцю присвоєно звання Героя Соціалістичної Праці з врученням ордена Леніна і Золотої медалі "Серп і молот".

Весною 1944 року учений повернувся до звільненого Києва та очолив роботи з відтворення Академії наук Української РСР і залучення її до відновлення народного господарства.

На академічній сесії 1952 року учення Богомольця було визнано помилковим і таким, що не відповідає генеральній лінії радянської фізіології. Теорію Богомольця про сполучну тканину було визнано псевдонаукою. Після цього засновані ним Інститути експериментальної біології та медицини й клінічної фізіології було закрито, а членів сім'ї академіка почали переслідувати. Проте незабаром після смерті І.В. Сталіна ці рішення було визнано помилковими, погляди О.О. Богомольця знову почали широко застосовувати в нашій країні та за кордоном. Обидва наукові інститути, створені Олександром Олександровичем Богомольцем, було відновлено, вони продовжують роботу і в наш час, стали найбільшими науковими центрами у своїх галузях і отримали широке міжнародне визнання.

Помер О.О. Богомолець 19 липня 1946 року від туберкульозу, на який хворів у юності. Похований у центрі Києва, у парку в будівлі Інституту клінічної фізіології.

Олександр Олександрович Богомолець - заслужений діяч науки РРФСР (1935). Лауреат Сталінської премії СРСР (1941). Нагороджений двома орденами Леніна (1941, 1944) та медалями.

Член ЦВК Української РСР і ЦВК СРСР з 1931 по 1937 р. Депутат Верховної Ради СРСР 1-го і 2-го скликань (з 1938 року).

Видатному ученому встановлено пам'ятник у Києві, відкрито меморіальну дошку. Його ім'ям названо вулиці в Києві та Волгограді.