Alexandre Benois reçoit très jeune une éducation artistique au sein de sa famille. Son père Nicolas Benois et son frère aîné sont architectes, et son grand-père dirige le théâtre vénitien de la Fenice.
Au lycée, le peintre se lie d’amitié avec Constantin Somov et Serge Djagilev, futurs collaborateurs de la revue d’art Mir Iskusstava (le Monde de l’Art).
S’il découvre très jeune sa vocation de peintre, Alexandre Benois est rapidement déçu par l’enseignement artistique. Ainsi, il n’étudie que quatre mois à l’Académie des beaux-arts de Saint-Pétersbourg (1887). Malgré sa courte formation académique, Alexandre Benois débute sa carrière en 1890 et expose pour la première fois un paysage à la société des aquarellistes russes en 1890. Il se considère alors un artiste autodidacte.
Le séjour qu’Alexandre Benois passe en France de 1895 à 1899 est déterminant dans la formation de son style artistique. Il fréquente différents ateliers sont celui de James Abbott McNeill Whistler en 1896, et découvre Versailles, qui devient pour lui une source d’inspiration majeure. Il puise également inspiration dans la peinture française et allemande symboliste, en particulier les toiles d’Arnold Böcklin et Adolph von Menzel. L’artiste approfondit sa connaissance de l’art français en 1905-1907, lorsqu’il revient en France, et se rend en Bretagne.
Alexandre Benois compte parmi les fondateurs du groupe « le Monde de l’Art » (Mir Iskusstva) en 1898. Ce groupe encourage un renouveau pictural de l’art russe à travers une œuvre rétrospective et raffinée, et affirme l’égalité entre les arts. Il s’agit pour Alexandre Benois de lutter contre le positivisme dans l’art en renouvelant la peinture, le théâtre, et l’illustration.
Alexandre Benois est actif au sein de différentes revues, celle du Monde de l’Art, mais également le périodique mensuel illustré Trésors d’art de la Russie (1901-1907).
Afin des fins de diffusion, il organise en France en 1906 une exposition présentant l’art russe du XIIème au XIXème siècle, avec Serge Djaguilev.
Alexandre Benois adopte en peinture un style rétrospectif et symboliste, inspiré par la cour de Louis XIV à Versailles, et celle de Pierre le Grand à Saint-Pétersbourg.
L’artiste déploie son talent en tant qu’illustrateur de livres, et remporte un grand succès, en particulier pour ses illustrations de la Dame de pique (1910) et du Cavalier d’airain de Pouchkine (1916).
Alexandre Benois a une grande influence sur le développement du ballet russe en tant que scénographe. Ainsi, c’est lui qui initie Serge Diaghilev au ballet et l’aide dans ses premiers projets artistiques. Alexandre Benois dessine costumes et décors avec une grande précision historique, et conçoit des scénarios.
Artiste de premier plan, Alexandre Benois est nommé directeur artistique des Ballets russes (1909-1911) et du Théâtre d’art de Moscou (vers 1909-1914).
La Révolution russe de 1917 constitue un tournant dans la carrière d’Alexandre Benois. Il demeure un temps en Union soviétique, où il occupe le poste de directeur de la galerie d’art de l’Ermitage, à Petrograd (1918-1926).
L’artiste quitte cependant la Russie pour Paris en 1926, et finit sa carrière en Occident. Malgré cet exil, Saint-Pétersbourg au XVIIIème siècle demeure son motif de prédilection. Son style se transforme sous l’effet de son intérêt pour le théâtre, avec une stylisation et une perspective accrue, comme le montre la série des Fontaines de Peterhof (1936).
Alexandre Benois se consacre désormais essentiellement à la production théâtrale, et conçoit des pièces pour des institutions telles que l’Opéra de Paris, Covent Garden à Londres, ou encore la Scala à Milan jusqu’à la fin de sa carrière. Il donne notamment à Ida Rubinstein les décors et costumes du Baiser de la fée de Stravinski en 1928.