Родился в с. Новосёлки Орловской губернии (ныне Мценского района Орловской области) в семье богатого помещика Афанасия Неофитовича Шеншина (имел владения в Фатежском уезде).
Мать — еврейка из Германии Шарлотта Фет, за несколько месяцев до его рождения, сбежала от мужа (по всей вероятности отца поэта, Иоганна-Петера Фёта, Foeth) с А.Н. Шеншиным, лечившимся на водах в Германии.
При крещении мальчик записан законным сыном А.Н. Шеншина, но в четырнадцатилетнем возрасте орловская духовная консистория сочла отцом мальчика гессен-дармштадтского подданного Фёта и присвоила ему отцовскую фамилию, что привело к потере права на наследование дворянского звания и имений А.Н. Шеншина.
Начальное образование получил, в имении А.Н. Шеншина.
В 1834 г. отправлен в немецкую школу-пансион в г. Верро (ныне г. Выру, Эстония).
В 1837 г. А. Фет приехал в Москву и полгода провел в пансионе проф. М.П. Погодина.
В 1838 г. поступил на философский факультет Московского университета.
В 1840 г. А. Фет выпустил за свой счет собрание стихотворных опытов под названием "Лирический Пантеон А.Ф." В этих произведениях весьма заметно влияние Е. Баратынского, И. Козлова, В. Жуковского, но более всего ощущалось подражание В. Бенедиктову. Книга удостоилась поощрительного отзыва в "Отечественных записках" и издевательского в "Библиотеке для чтения".
В 1842-1843 гг. в "Отечественных записках" появилось восемьдесят пять его стихотворений, многие из которых вошли в хрестоматийный канон поэзии Фета ("Не здесь ли ты легкою тенью", "На пажитях немых", "Знаю я, что ты, малютка", "Печальная береза", "Чудная картина", "Кот поет, глаза прищуря", "Шумела полночная вьюга" и т.д.).
В. Белинский отмечал, что "...из живущих в Москве поэтов всех даровитее г-н Фет", стихи которого он ставил наравне с лермонтовскими.
В 1845 г., желая стать дворянином (на что давал право первый офицерский чин), поступил унтер-офицером в кирасирский полк, расквартированный в Херсонской губернии.
В 1853 г. А. Фет перешел в гвардейский уланский полк, расквартированный близ Волхова и в Крымскую войну (1853-1856) находился в составе войск, охранявших Эстляндское побережье. Тогда же он получил возможность бывать в Петербурге, где сблизился с Н. Некрасовым, И. Тургеневым, А. Дружининым, В. Боткиным.
С 1854 г. в "Современнике" широко печатаются его стихи. И.С. Тургенев стал его литературным наставником и редактором.
В 1856 г. А. Фет оставляет военную службу, не выслужив дворянства.
В 1857 г. в Париже женился на М.П. Боткиной.
С 1862 г. стал регулярно печатать в "Русском вестнике" очерки, обличавшие пореформенные порядки на селе с позиций помещика-землевладельца. Выступал сторонником "искусства для искусства". Переводил античных поэтов, "Фауста" В. Гёте и др.
В 1867 г. приобрёл поместье Воробьёвка, в Щигровском уезде Курской губернии (ныне Золотухинский р-н Курской области) и "...сделался агрономом-хозяином до отчаянности..." (Тургенев).
В своём имении выращивал замечательные курские фрукты и изготавливал прекрасную яблочную пастилу, которую посылал в подарок друзьям, знакомым и даже императору Александру III.
В г. Тим, Курской губернии имел большую (в 5 этажей) доходную мельницу. В Курске, владел домом на ул. Манежной (ныне ул. Щепкина)
В 1867-1877 гг. исполняет обязанности мирового судьи.
В 1873 г. указом императора, А.А. Фету даровано, потомственное дворянство и право носить фамилию Шеншин.
В 1860-е гг. близко сошёлся с Л.Н. Толстым. Они дружат семьями, часто видятся и переписываются.
В августе 1891 г. в усадьбе Воробьёвка, А. Фета посетил композитор П. И. Чайковский.
Скончался и похоронен в Москве.
Настоящее признание творчества А. Фета пришло после его смерти в конце 1890-х гг. и в первые десятилетия XX в.
Учениками А. Фета считали себя выдающиеся поэты серебрянного века, В. Брюсов, К. Бальмонт, А. Белый, А. Блок.
Ряд стихов А. Фета переложили на музыку, Н.А. Римский-Корсаков, С.И. Танеев, С.В. Рахманинов и др.
В Курске, в память о поэте, именем Фета названы: улица в Центральном округе, городская библиотека №5.
Усадьба А. Фета в Воробьёвке, сохранилась. В советское время в ней была школа.
28 апреля 1992 г. Постановлением Главы администрации Курской области учрежден памятник архитектуры XVIII-XIX вв. – усадьба А.А. Фета.
В настоящее время (2015), на втором этаже усадьбы размещается музей поэта, где воссозданы, рабочий кабинет, гостинная и размещена экспозиция, рассказывающая о жизни и творчестве.
На фасаде здания установлена мемориальная доска с надписью, "В этом доме с 1879 по 1892 годы жил русский поэт, певец родной природы Афанасий Афанасиевич Фет".
С 1986 г. в д. Воробьёвка ежегодно, в летнее время, проводятся фетовские чтения.
Соч.: Полное собрание стихотворений, Л., 1959; Мои воспоминания. 1848 - 1889, ч. 1 - 2, М., 1890.