Александр Михайлович Бутлеров родился 3 (15) сентября 1828 года в Чистополе Казанской губернии. Он происходил из потомственных дворян той же губернии. Его отец, Михаил Васильевич Бутлеров, был участником Отечественной войны 1812 года и полковником в отставке. Детство Александра Михайловича протекало сначала в фамильном имении Бутлеровке, затем — в Казани.

Первоначальное образование Александр Михайлович получил в частном пансионе Топорнина, а затем и в 1-й Казанской гимназии. В 1844—1849 годах он был студентом Казанского университета, где получил широкую подготовку в области естествознания. В 1849 году он написал дипломную работу «Дневные бабочки волго-уральской фауны». После окончания университета Бутлеров был оставлен при университете для подготовки к профессорскому званию и в 1850 году вступил в службу.

В 1854 году Александр Михайлович сдал экзамен и защитил диссертацию на степень доктора химии. В последующие годы он много размышлял над теоретической стороной химии и уже в 1858 году высказал свои теоретические взгляды на заседании Парижского химического общества. Эти взгляды через три года стали предметом его известного доклада «О химическом строении вещества». С 1849 года он был преподавателем, с 1854 года — экстраординарным, а с 1857 года — ординарным профессором химии в Казанском университете. В 1860—1863 годах он был ректором университета.

Александр Михайлович Бутлеров создал теорию химического строения органических веществ и стал родоначальником «бутлеровской школы» русских химиков. Он также был учёным-пчеловодом и лепидоптерологом, общественным деятелем. С 1870-х годов и до конца жизни он был активным сторонником и пропагандистом идей изучения спиритуализма. В 1870 году он был избран адъюнктом, в 1871 — экстраординарным, а в 1874 — ординарным академиком Петербургской АН.

Александр Михайлович Бутлеров умер 5 (17) августа 1886 года в своём имении Бутлеровка Казанской губернии. Над его могилой находится часовня — архитектурный памятник начала XX века. Созданные при его участии крупнейшие русские химические школы — Казанская, Петербургская, Московская — продолжили развитие органической химии, внося достойный вклад не только в отечественную, но и в мировую науку.