Александр Павлович Брюллов родился 29 ноября 1798 года в Санкт-Петербурге в семье "академика орнаментной скульптуры" Павла Ивановича Брюлло. В январе 1810 года Александр вместе с братом Карлом был отдан на обучение в Академию художеств. Александр Брюллов впоследствии стал зодчим, а Карл Брюллов - художником. Преподавателями Александра Брюллова были А.Д.Захаров, А.Н.Воронихин, А.А.Михайлов 2-й.

Обучение в Академии художеств архитектор закончил 31 декабря 1820 года. Сразу же он поступил на службу в Комиссию по построению Исаакиевского собора, проработал там чуть больше года. В 1821 году он вместе с братом уехал за границу для совершенствования своих знаний и умений. Брюллов посетил Германию, Италию, Францию, Англию, Швейцарию. В 1830 году архитектор вернулся в Санкт-Петербург, был назначен придворным архитектором.

Первые самостоятельные работы Александра Брюллова - собственный особняк (Кадетская линия, 21), готическая церковь в Шуваловском парке. По заданию правительства он построил здание Михайловского театра. В 1830-х годах им был создан проект Пулковской обсерватории. В 1832-1838 годах зодчий занимался строительством Немецкой протестантской церкви святого Петра. В 1837 году Брюллов принимал участие в восстановлении после пожара Зимнего дворца. Архитектору было поручено восстанавливать личные покои Николая I и его семьи, а также создание нового зала в память об Александре I. В тоже самое время Брюлловым был создан проект здания Штаба Гвардейского корпуса.

В 1844-1850 годах зодчий возводил здание Александринской больницы. Во время этой работы у Брюллова возникали разногласия с Николаем I, что впоследствии сказалось на его карьере.

В 1845-1850 годах Александром Брюлловым был построен служебный дом Мраморного дворца. Кроме того, зодчий принимал участие и в реконструкции самого Мраморного дворца. За эту работу он был произведён в статские советники.

Александр Брюллов принимал участие в создании архитектурного оформления Благовещенского моста.

Из-за конфликтов с императором Александр Брюллов был вынужден отойти от активной строительной деятельности. С середины XIX века он сосредоточился на преподавательской работе в Академии художеств. В 1842 году Брюллов получил звание профессора первой степени, в 1854 году стал заслуженным профессором. В 1871 году архитектор ушёл в отставку, продолжая оставаться членом Совета Академии.

Александр Павлович Брюллов умер 21 января 1877 года в своём особняке. Архитектора похоронили в Павловске.