Сын известного русского зоолога и путешественника Николая Алексеевича Северцова. Детские годы А.Н. Северцов провел в имении своего деда, А.П. Северцова в Воронежской губернии. В 1876 г. семья переехала в Москву,и по совету С.А. Усова, профессора зоологии Московского университета, друга Николая Алексеевича Северцова, мальчика отдали учиться в частную гимназию Л.И. Поливанова, где сам Усов впоследствии читал курс истории искусства. По окончании гимназии в1885г. Северцов поступил на естественное отделение физико-математического факультета Московского университета, где его учителями были зоолог А.П. Богданов, химики А.П. Сабанеев и В.В. Марковников, физик А.Г. Столетов, геолог А.П. Павлов и др. На третьем курсе Северцов вместе с будущим известным орнитологом П.П. Сушкиным начал работать в кабинете сравнительной анатомии у проф. М.А. Мензбира, осваивая методику анатомической препаровки и технику гистологических исследований и занимаясь изготовлением препаратов для университетского музея сравнительной анатомии. Выполненная им в этот период работа «Свод сведений по организации и систематике гимнофионов» в 1889 г. была удостоена золотой медали Московского университета. В том же году Северцов окончил университет, но сдачу незадолго до того введенных государственных экзаменов решил отложить на год, чтобы лучше к ним подготовиться. Экзамены он сдал в 1890 г. и был оставлен при университете «для подготовки к профессорскому званию». В1893г., после сдачи магистерских экзаменов, он был избран приват-доцентом Московского университета. В1895г. Северцов защитил магистерскую диссертацию, в которой рассмотрел некоторые проблемы развития затылочной области низших позвоночных, и в 1896 г. отправился в двухгодичную научную командировку за границу, во Францию, Германию и Италию. По возвращении в Москву, в 1898 г., он защитил докторскую диссертацию, посвященную метамерии головы электрического ската, и занял должность экстраординарного профессора только что организованной кафедры зоологии Юрьевского университета, которую возглавлял до 1902 г.
В1902—1911 гг. Северцов – ординарный профессор кафедры зоологии и сравнительной анатомии Киевского университета и преподаватель истории эволюционного учения на Высших женских курсах в Киеве. В 1904 г. он был в научной командировке в Греции и Египте, в 1914 г. – в Италии. В 1911 г. Северцов переехал в Москву и до 1930 г. занимал должность заведующего кафедрой зоологии и директора НИИ зоологии Московского университета. В 1930 г. он организовал и возглавил Лабораторию эволюционной морфологии АН СССР, преобразованную в 1934 г.в Институт эволюционной морфологии и палеозоологии АН СССР (с 1936 г. – им. А.Н. Северцова, ныне – Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН).
