Отец - солдат-окопник Первой мировой - вернулся домой полуживым и умер, когда Алексею было три года. Мать, Екатерина Никитична, работала уборщицей на деревообделочном заводе и воспитывала троих сыновей - Петра, Николая, Алексея. После окончания школы получил специальность токаря по металлу в училище при лесозаводе и там же начал свою трудовую деятельность. В 1934-м его направляет на строительство "города на заре" Комсомольска-на-Амуре. Здесь, без отрыва от производства, Алексей занимается в аэроклубе.
В 1937-м призван в армию. Вначале служил в 12-м авиапогранотряде на Сахалине, но там, по словам самого Маресьева, он не летал, а "заносил хвосты" у самолётов. Затем был направлен в Батайское авиационное училище, которое окончил в 1940-м, получив звание младшего лейтенанта. После окончания училища был оставлен там инструктором. Там же, в Батайске, встретил войну.
Первый боевой вылет совершил 23 августа 1941-го в районе Кривого Рога, сражаясь в составе 296-го ИАП. В марте 1942-го был переброшен на Северо-Западный фронт. К этому моменту на счету лётчика числилось четыре сбитых немецких самолёта.
5 апреля 1942-го в районе так называемого«Демянского котла» (Новгородская область) во время операции по прикрытию бомбардировщиков в бою с немцами его Як-1 был подбит, а сам Алексей тяжело ранен. Совершил вынужденную посадку на территории, занятой немцами. Восемнадцать суток раненный в ноги лётчик сначала на покалеченных ногах, а затем ползком пробирался к линии фронта, питаясь корой деревьев, шишками и ягодами. (Между прочим, Захар Артёмович Сорокин - штурман 2-го Гвардейского ИАП им. Сафонова ВВС Северного флота также совершил практически такой же подвиг "настоящего человека" и стал Героем. Это - не умаляя подвиг Маресьева.)
Первыми Маресьева в лесу заметили отец и сын из деревни Плав Кисловского сельсовета Валдайского района. Из-за того, что лётчик не откликнулся на вопросы («Ты немец?»), отец и сын из боязни вернулись в деревню. Затем уже еле живого лётчика обнаружили мальчишки из той же деревни - Серёжа Малин и Саша Вихров. Отец Саши отвёз Алексея на подводе в свой дом. Больше недели колхозники ухаживали за Маресьевым. Нужна была медицинская помощь, но в селе не было врача. В первых числах мая вблизи деревни приземлился самолёт, пилотируемый А.Н. Дехтяренко, и Маресьев был отправлен в Москву, в госпиталь.
Записки на полях: Сын лётчика Виктор Маресьев в интервью корреспонденту газеты «Аргументы и факты» вспоминал: отец рассказывал, что в госпитале он с заражением крови и гангреной лежал уже на каталке по пути в морг. Мимо умирающего Маресьева проходил профессор Теребинский; он спросил: «А этот что тут лежит?» С Маресьева сняли простыню и сказали: «А это лейтенант молодой с гангреной». Тогда Теребинский приказал: «Ну-ка на операционный стол его живо!». Врачи вынуждены были ампутировать Маресьеву обе ноги в области голени, но жизнь спасли.
Говорят, что толчком к возвращению Маресьева в строй могла послужить история про русского лётчика Первой мировой А.Н. Прокофьева-Северского, который потерял правую ногу, но, несмотря на это, вернулся в небо. Ещё в госпитале Алексей Маресьев начал тренироваться, готовясь к тому, чтобы летать с протезами. Тренировки продолжались в санатории, куда он был направлен в сентябре 1942-го. В начале 1943-го прошёл медкомиссию и был направлен в Ибресинскую лётную школу, в Чувашии.
В феврале 1943-го совершил первый после ранения пробный вылет. Добился отправки на фронт. В июне 1943-го прибыл в 63-й Гвардейский ИАП. Командир полка не отпускал его на боевые задания, так как обстановка в небе накануне Курской битвы была крайне напряжённой. Алексей переживал. Ему посочувствовал командир эскадрильи А.М. Числов и взял с собой в пару на боевой вылет. После нескольких удачных вылетов в паре с Числовым доверие к Маресьеву возросло.
20 июля 1943-го Алексей Маресьев во время воздушного боя с превосходящими силами противника спас жизни двум советских лётчиков и сбил сразу два вражеских истребителя Fw.190, прикрывавших бомбардировщики Ju.87. Боевая слава о Маресьеве разнеслась по всей 15-й Воздушной армии и по всему фронту. В полк зачастили корреспонденты, среди них был и будущий автор книги «Повесть о настоящем человеке» Борис Полевой.

Записки на полях: Из интерьвью с Маресьевым "Повесть о себе так и не прочитал":
Раньше историю о "настоящем человеке" знал каждый школьник. Естественно, благодаря книге Бориса Полевого "Повесть о настоящем человеке", прославившей героя на весь мир. Но мало кто знает, что звание Героя Советского Союза Маресьев получил за несколько лет до выхода книги. Саму "Повесть..." разрешили опубликовать только после войны. Говорят, наши пропагандисты боялись, что немцы подумают, будто в Советской Армии плохи дела. Вот, мол, уже и инвалидов воевать посылают.
Алексей Петрович о появлении книги узнал, услышав отрывки по радио. Он позвонил в "Правду", попросил номер телефона Полевого и наконец смог встретиться с автором.
- Полевой действительно не показывал мне книгу до того, как она появилась в магазинах. Когда повесть напечатали, мне подарили экземпляр. Но я её так и не прочитал. Несколько раз пытался. Но все как-то... В принципе Полевой всё написал правильно. Придумал, правда, роман, который якобы был у меня с девушкой Ольгой. Хотя созданный им образ советской девушки мне нравится.
- А как вам понравился собственный образ?
- Мне трудно ответить. Автор изменил фамилию героя. Знаете почему? Полевой подстраховался. А вдруг бы я запил, начал хулиганить? Тогда книжку бы запретили.
- Вы часто вспоминаете те 18 дней, проведенные в лесу?
- Нет, не вспоминаю. Я вообще не вспоминаю то время.
- Что тогда помогло вам выжить и не впасть в отчаяние?
- Желание выбраться к своим. Желание жить...
24 августа 1943 года за спасение жизни двух лётчиков и сбитие двух немецких истребителей старший лейтенант Маресьев, замкомэск 63-го гвардейского ИАП 3-й гвардейской истребительной авиадивизии 1-го гвардейского истребительного авиакорпуса 15-й ВА удостоен звания Герой Советского Союза.
В 1944-м Маресьев согласился с предложением стать инспектором-лётчиком и перейти из боевого полка в управление вузов ВВС.
Всего за войну совершил 87 боевых вылетов, сбил 11 самолётов врага: четыре до ранения и семь - после ранения (Михаил Быков в своих исследованиях указывает на семь побед лётчика).
С 1946-го в отставке. Свои последние вылеты на учебном У-2 Алексей Петрович совершил в начале 50-х годов в качестве инструктора спецшколы ВВС в Москве.
В послевоенное время, отчасти благодаря хрестоматийной «Повести...», был очень известен, приглашался на многие празднования. Часто организовывались встречи со школьниками, пример подвига Маресьева широко использовался для воспитания молодого поколения.
18 мая 2001 года в Театре Российской армии намечался торжественный вечер по случаю 85-летия Маресьева, но буквально за час до начала концерта у Алексея Петровича случился инфаркт, после которого он скончался. Торжественный вечер состоялся, но начался он с минуты молчания. Алексей Петрович Маресьев похоронен на Новодевичьем кладбище.
Имя Героя носят улицы во многих городах. Немало в стране установлено и мемориальных досок в память о нём.