Андрей Тимофеевич Болотов родился 7 октября 1738 года в родовом селе Дворяниново Каширского уезда Тульской губернии. Он был сыном мелкого помещика Тимофея Петровича Болотова и Мавры Степановны Бакеевой. До 12 лет жил при отце, который служил полковником в Архангелогородском полку. В этот полк десятилетний Андрей был зачислен каптенармусом. Отец сам преподавал сыну языки немецкий и французский, арифметику и географию.

После смерти отца в 1750 году Андрей был уволен в отпуск в деревню, где прожил до 16 лет и потерял мать, умершую в 1752 году. В деревне юноша много читал, изучая географию, историю, геометрию, фортификацию и упражняясь в рисовании. По окончании отпуска вернулся в полк, который находился тогда в Эстляндии. В 1756 году в 19 лет поступил на службу офицером, в чине подпоручика. Когда началась Семилетняя война, отправился с полком в поход и участвовал в сражении при Гросс-Егерсдорфе.

В 1757 году, когда русские войска заняли Пруссию, был отправлен для караульной службы в Кёнигсберг. Вскоре был назначен там, как хорошо знающий немецкий язык, письмоводителем кёнигсбергской камеры. По прибытии генерала Н. А. Корфа, на которого было возложено управление кёнигсбергским королевством, А. Болотов был прикомандирован к нему в качестве переводчика официальных бумаг, поступавших в канцелярию на немецком языке. Эту должность занимал и при преемнике Корфа, генерал-губернаторе В. И. Суворове.

После выхода в отставку в чине капитана поселился в своём родовом имении, где занимался сельским хозяйством и науками. По различным руководствам иностранных авторов изучал теоретически все отрасли сельского хозяйства, начал записывать и свои наблюдения. Он занимался также различными этическими и педагогическими вопросами, издал книги по этике, философии и педагогике. Предпочитал питаться местными продуктами и пропагандировал такой подход к производству пищевых продуктов.

Значительную часть своей жизни посвятил Богородицку, где по его проекту и при его активном участии был разбит первый в России пейзажный парк. В своей капитальной работе «О разделении полей» впервые в России печатно предложил широко вводить севооборот, определять приёмы возделывания культурных растений, исходя из местных природных условий. Он составил первое русское ботаническое описание сорных, лекарственных и культурных растений. Особенно любил садоводство, занимаясь в своём имении разведением плодовых садов.

Андрей Болотов знаменит благодаря своему многотомному труду «Записки», которые он писал около тридцати лет, с 1789 по 1816 года. Это труд — его «Жизнь и приключения Андрея Болотова, описанные самим им для своих потомков». Он ярко изобразил внутренний быт русского общества за всё XVIII столетие, начиная с 1738 года, касаясь самых разных его сторон. Эти «Записки» — главнейший из материалов по истории русского быта.

4 июля 1764 года женился на Александре Михайловне Кавериной, дочери дворянина Михаила Григорьевича Каверина и Марии Аврамиевны Арцыбышевой. Скончался в своём имении 3 или 4 октября 1833 года, не дожив трёх дней до 95-летия. Похоронен на кладбище села Русятина. Могила сохранилась.