Родился 30 мая 1934 года в с. Листвянка Тисульского р-на Кемеровской области.
В 1953 году окончил 10 классов средней школы №21 г. Калининграда.
В 1955 году окончил 10-ю Военную авиационную школу первоначального обучения летчиков, г. Кременчуг.
В 1957 году окончил Чугуевское ВАУЛ.
С декабря 1959 года служил старшим лётчиком 294-го орап 26 воздушной армии в ГСВГ. Налетал 278 часов. В отряд космонавтов зачислен 7 марта 1960 года.
Кандидат технических наук.
Первый космический полет совершил 18-19 марта 1965 года в качестве второго пилота КК «Восход-2», вместе с П. Беляевым. В ходе полета совершил первый в мире выход в открытое космическое пространство. При возвращении на Землю из-за отказа системы автоматического управления П. Беляев осуществил ручное управление посадкой, которая произошла в нерасчетном районе в 180 км от г. Перми. Экипаж был обнаружен через четыре часа в лесу (между деревнями Сороковая и Щучино) и эвакуирован с места посадки через двое суток.
Второй космический полет совершил 15-21 июля 1975 года в качестве командира КК «Союз-19» по программе ЭПАС, вместе с В. Кубасовым. В ходе полета выполнено две стыковки с КК «Аполлон» (США) с экипажем в составе: Т. Стаффорд, В. Бранд и Д. Слейтон. Во время полета в состыкованном состоянии производились переходы членов экипажей из корабля в корабль.
Соавтор книги «Жизнь среди звезд» (1981).
Награжден двумя медалями «Золотая Звезда» Героя Советского Союза, двумя орденами Ленина, орденами Красной Звезды, «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» 3-й степени, «За заслуги перед Отечеством» 4-й степени и 9 юбилейными медалями.
Лауреат Государственной премии СССР (1981) и премии Ленинского комсомола (1980).
Бронзовые бюсты установлены на Аллее героев-космонавтов в Москве и на родине А. Леонова.