Nació el 16 de noviembre (28 de noviembre según el nuevo calendario) de 1880 en San Petersburgo. La madre de Blok era hija del rector de la Universidad de San Petersburgo, Andréi Beketov. Poco después del nacimiento de Alexander, la madre del poeta abandonó a su marido, el jurista varsoviano Alexander Lvóvich Blok (1852—1909), y en 1889 se casó en segundas nupcias con el oficial de la guardia F. F. Kublitski-Piottuj, dejando al hijo el apellido del primer marido. Blok, con nueve años, se instaló con su madre y su padrastro en los cuarteles de Granaderos, situados en las afueras de Petersburgo, a orillas del Gran Nevká. Ese mismo año Alexander Blok fue enviado al gimnasio Vvedénskaya.
En 1897, hallándose con su madre en el extranjero, en la pequeña ciudad balneario alemana de Bad Nauheim, Blok vivió su primer gran enamoramiento juvenil, por Ksenia Sadóvskaya. Ella dejó una huella profunda en su obra. En 1897, en un funeral en Petersburgo, se encontró con Vl. Soloviov. En 1898 terminó el gimnasio e ingresó en la facultad de Derecho de la Universidad de Petersburgo. Tres años después se trasladó a la sección eslavo-rusa de la facultad de Historia y Filología, que terminó en 1906. En la universidad Blok conoce a Serguéi Gorodetski y a Alexéi Rémizov. Por esa época un primo segundo del poeta, el futuro sacerdote Serguéi Mijáilovich Soloviov (el joven), se convierte en uno de los amigos más íntimos del joven Blok. Los primeros versos los escribió Blok a los cinco años.
A los 10 años Alexander Blok escribió dos números de la revista «El barco». De 1894 a 1897 redactó junto con sus hermanos la revista manuscrita «El mensajero». Desde la infancia Alexander Blok pasaba todos los veranos en Shájmatovo, la finca de su abuelo cerca de Moscú. A 8 km se encontraba Bóblovo, la finca de un amigo de Beketov, el gran químico ruso Dmitri Mendeléyev. A los 16 años Blok se apasionó por el teatro. En Petersburgo Alexander Blok se inscribió en un círculo teatral. Sin embargo, tras el primer éxito ya no le dieron más papeles en el teatro. En 1903 Blok se casó con Liubov Mendeléyeva, hija de D. I. Mendeléyev, heroína de su primer libro de poemas, «Versos a la Bella Dama».
Se sabe que Alexander Blok sentía por su esposa un afecto intenso, pero mantenía periódicamente relaciones con distintas mujeres: durante un tiempo fue la actriz Natalia Nikoláyevna Volójova, luego la cantante de ópera Andréyeva-Delmás. Liubov Dmítrievna también se permitía sus pasiones. Sobre ese terreno surgió el conflicto de Blok con Andréi Bely, descrito en la pieza «La barraca de feria». Bely, que consideraba a Mendeléyeva la encarnación de la Bella Dama, estaba apasionadamente enamorado de ella, pero ella no le correspondió. Con todo, después de la Primera Guerra Mundial las relaciones en la familia Blok se enderezaron, y en los últimos años el poeta fue un marido fiel a Liubov Dmítrievna. En 1909 ocurren dos sucesos penosos en la familia de Blok: muere el hijo de Liubov Dmítrievna y muere el padre de Blok.
Para reponerse, Blok y su esposa se van a descansar a Italia. Por sus versos italianos Blok fue admitido en una sociedad que se llamaba la «Academia». En ella, además de él, estaban Valeri Briúsov, Mijaíl Kuzmín, Viacheslav Ivánov e Innokenti Ánnenski. En el verano de 1911 Blok viaja de nuevo al extranjero. Esta vez va a Francia. En 1912 Blok escribió el drama «La rosa y la cruz». La pieza gustó a K. Stanislavski y a V. Nemiróvich-Dánchenko, pero el drama nunca llegó a ponerse en escena. El 7 de julio de 1916 Blok fue llamado al servicio en una unidad de ingenieros de la Unión Panrusa de los Zemstvos.
El poeta sirvió en Bielorrusia. Según confesó él mismo en una carta a su madre, durante la guerra sus intereses principales fueron «la comida y los caballos». A comienzos de mayo de 1917 fue admitido como redactor en la «Comisión Extraordinaria de Investigación para el esclarecimiento de los actos ilegales cometidos en el cargo por los antiguos ministros, directores generales y demás altos funcionarios de los departamentos civiles, militares y navales». En agosto Blok empezó a trabajar en el manuscrito que consideraba parte del futuro informe de la Comisión Extraordinaria de Investigación y que fue publicado en la revista «Byloye» (n.º 15, 1919), y en forma de libro con el título «Los últimos días del poder imperial» (Petrogrado, 1921). A comienzos de 1920 muere de pulmonía Franz Félixovich Kublitski-Piottuj.
Blok se llevó a su madre a vivir con él. Pero ella y la esposa de Blok no se llevaban bien. En enero de 1921, con motivo del 84.º aniversario de la muerte de Pushkin, Blok pronunció en la Casa de los Literatos su célebre discurso «Sobre la misión del poeta». En la primavera de 1921 Alexander Blok, junto con Fiódor Sologub, solicitó que les concedieran visados de salida. La cuestión la examinó el Politburó del CC del PCR(b). La salida fue denegada. Lunacharski señalaba: «Nosotros, en el sentido literal de la palabra, al no dejar salir al poeta y no darle al mismo tiempo las condiciones satisfactorias necesarias, lo martirizamos». Varios historiadores han considerado que V. I. Lenin y V. R. Menzhinski desempeñaron un papel especialmente negativo en el destino del poeta, al prohibirle, enfermo de escorbuto, asma y un grave trastorno nervioso, salir a tratarse a un sanatorio de Finlandia, de lo cual, a petición de Máximo Gorki y de Lunacharski, se trató en la sesión del Politburó del CC del PCR(b) del 12 de julio de 1921. El permiso de salida obtenido por L. B. Kámenev el 23 de julio llegó tarde y ya no pudo salvar al poeta. Hallándose en una situación material penosa, enfermó gravemente y el 7 de agosto de 1921 murió en su último apartamento de Petrogrado de una inflamación de las válvulas del corazón.
Unos días antes de su muerte corrió por Petersburgo el rumor de que el poeta se había vuelto loco. En efecto, la víspera de su muerte Blok deliró largamente, obsesionado por un único pensamiento: si habían sido destruidos todos los ejemplares de «Los doce». Sin embargo, el poeta murió en plena conciencia, lo que desmiente los rumores sobre su demencia. Antes de morir, tras recibir la respuesta negativa a la solicitud de salida al extranjero para tratarse (del 12 de julio), el poeta destruyó conscientemente sus notas, rechazaba la comida y los medicamentos.
El poeta fue enterrado en el cementerio de Smolensk. Allí mismo están enterradas las familias Beketov y Kachálov, incluida la abuela del poeta, Ariadna Alexándrovna, con la que mantuvo correspondencia. El oficio fúnebre se celebró en la iglesia de la Resurrección de Cristo. Los restos de Blok fueron trasladados al cementerio de Vólkovo.