Из дворян. Образование получил в Морском кадетском корпусе (1894), служил на военных кораблях на Балтике и на Тихом океане. Был в составе ряда российских полярных экспедиций начала ХХ в. Участник Русско-японской и Первой мировой войн. В июне 1916 г. произведен в вице-адмиралы и назначен командующим Черноморским флотом.

В июне 1917 г. оставил должность командующего флотом и отбыл в Петроград. Вскоре направлен Временным правительством во главе Русской военно-морской миссии в США. Возвращаясь в Россию через Японию, узнал об Октябрьском перевороте, к которому отнесся резко отрицательно.

В мае 1918 г. назначен главным инспектором охранной стражи КВЖД с одновременным руководством всеми русскими вооруженными силами в полосе ее отчуждения. Однако не смог подчинить себе отряды атаманов Г. М. Семёнова и И. П. Калмыкова и вскоре оставил должность. Следуя на Юг России, чтобы примкнуть к Добровольческой армии, в середине октября 1918 г. остановился в Омске. Здесь после ряда переговоров принял предложение главнокомандующего войсками Временного Всероссийского правительства (Уфимской директории) генерала В. Г. Болдырева занять пост военного и морского министра и 7 ноября вступил в должность.

После военного переворота в Омске 18 ноября 1918 г. решением Всероссийского  Совета  министров  во   главе с  П. В. Вологодским

А. В. Колчаку было временно передано осуществление верховной власти с присвоением звания Верховного правителя России (Российского государства). Одновременно его произвели в полные адмиралы и он принял должность Верховного главнокомандующего всеми сухопутными и морскими силами.

Власть Колчака признали руководители основных антибольшевистских формирований на юге, северо-западе и севере России. Весной 1919 г. колчаковские силы добились определенных успехов в ходе наступления против войск Восточного фронта Рабоче-крестьянской Красной армии (РККА) и вышли на подступы к Казани и Самаре. Однако летом и осенью 1919 г. Восточный фронт Русской армии потерпел ряд серьезных поражений от красных. Положение белых усугублялось массовыми восстаниями против власти Колчака, которые охватили Сибирь в 1919 г.

В условиях военных неудач оказался в политической изоляции. Обострение отношений с Чехословацким корпусом привело к остановке и блокированию поезда Верховного правителя в Нижнеудинске. 4 января 1920 г. Колчак подписал указ, в котором объявил о намерении передать полномочия «Верховной Всероссийской Власти» А. И. Деникину. Союзным командованием Колчаку гарантировалась безопасность, но руководство Чехословацкого корпуса передало адмирала в руки Политцентра в Иркутске. Был арестован и, после перехода власти в городе к большевистскому    Военно-революционному комитету,   в   ночь   с 6 на 7 февраля 1920 г. расстрелян.