Алексей Алексеевич Ухтомский родился 25 (13) июня 1875 года в родовом поместье князей Ухтомских (происходящих из рода Рюриковичей) в сельце Вослома под Рыбинском. Его отец - отставной офицер Алексей Николаевич Ухтомский, мать - Антонина Фёдоровна, урождённая Анфимова. Мать была всегда занята и передала Алексея на воспитание его тёте в Рыбинск (ныне там музей Ухтомского). Учился в гимназии, но, не докончив курс, был послан родителями в Нижегородский кадетский корпус, где открылся его интерес к науке - в физико-математических дисциплинах, философии, психологии, этике и литературе. В 1894 году поступил на словесное отделение Московской духовной академии, темой диссертации стало «Космологическое доказательство Бытия Божия».
Окончив академию, он не пошёл в священники, ушёл в старообрядчество и переехал в Петербург, в 1899 году поступил вольнослушателем на Восточный факультет Санкт-Петербургского университета, овладел семью языками, включая древнееврейский.
С юности увлёкся мыслями о том, что поведение человека находит подтверждение в Библии и основывал своё метод на стыке светской науки и православной веры.
С 1900 года учился на Физико-математическом факультете Санкт-Петербургского университета, где изучал физиологию, окончил в 1906 году с дипломом 1-й степени. Работал под руководством профессора Н. Е. Введенского в физиологическом кабинете над рефлексами антагонистов.
В связи с огромным количеством единоверцев-старообрядцев в Петербурге в 1910 году возникла мысль православную церковь святого Николая Чудотворца на Николаевской улице (ныне улица Марата) превратить в единоверческий собор. Старостой, ктитором и клириком храма был избран Ухтомский.
В 1911 году защитил магистерскую диссертацию по теме «О зависимости кортикальных двигательных эффектов от побочных центральных влияний», в которой был изложен один из основных принципов деятельности нервной системы - «принцип доминанты». «Доминанта» по Ухтомскому есть комплекс определённых симптомов во всём организме — и в мышцах, и в секреторной работе, и в сосудистой деятельности. Она представляется как «определённая констелляция центров с повышенной возбудимостью в разнообразных этажах головного и спинного мозга, а также в автономной системе».
Читал курс лекций в Психоневрологическом институте (ныне Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова, Пискарёвский проспект, д. 47).
С 1912 года приват-доцент Санкт-Петербургского университета.
С 1918 года доцент и профессор по кафедре зоологии, сравнительной анатомии и физиологии Петроградского университета, депутат Петросовета.
Осенью 1920 года «православный учёный» был арестован «из-за неосторожности при разговорах в научном обществе», но благодаря участию Петросовета был спасён от расстрела. В камере читал лекции по физиологии. В конце января 1921 года благодаря хлопотам друзей-учёных освобождён.
Тогда же тайно принял монашеский постриг с именем Алипий. Принимал участие в единоверческой деятельности до закрытия Никольского собора в 1931 году. Как монах никогда не был женат.
«Относительно религии надо сказать, что ею улавливается одна из сторон действительности, недоступных до сих пор научному настроению».
С 1920 года работал в Естественнонаучном институте (Институт имени П. Ф. Лесгафта).
В 1922 году после смерти Н. Е. Введенского руководил кафедрой физиологии человека и животных Петроградского университета. В 1930-х был руководителем электрофизиологической лаборатории АН СССР, президентом Ленинградского общества естествоиспытателей, директором основанного им Института физиологии ЛГУ.
Физиологический институт Ухтомского находился в бывшей усадьбе герцога Лейхтенбергского в Сергиевке и занимал дворец и парк, здесь проводились научные исследования и проходила летняя практика студентов.
В 1932 году награждён премией имени В. И. Ленина. С 1935 года — действительный член Академии наук СССР.
Во время блокады Алексей Алексеевич, один из 12 академиков, остался в Ленинграде, несмотря на неоднократные уговоры уехать в эвакуацию, участвовал в организации работы учёных на нужды обороны, руководил исследованиями по травматическому шоку.
Умер 31 августа 1942 года, не успев прочитать подготовленный доклад «Система рефлексов в восходящем ряду». Похоронен на Литераторских мостках на Волковском кладбище Петербуга, неподалёку от своих выдающихся коллег - В. М. Бехтерева, И. П. Павлова, В. В. Пашутина, Д. И. Менделеева.
В 1977 году на могиле установлено надгробие – гранитный головной портрет Ухтомского в виде сурового старца-учёного с огромной бородой, скульптор - В.Г. Тимошенко, архитектор - А.Д. Свирский.
Позже учение о доминанте переросло рамки физиологии и стало целым направлением в русской философской антропологии, также используется в психологически ориентированном литературоведении.
На фасаде дома № 29 по 16-й линии в С-Петербурге установлена мемориальная доска:
«В этом доме с 1906 по 1942 год жил выдающийся физиолог, академик Алексей Алексеевич Ухтомский»
В 1994 году РАН учреждена Премия имени А. А. Ухтомского.
В честь учёного назван НИИ физиологии им. А. А. Ухтомского СПбГУ.
О светилах науки светила «Эклектики» вещают в ходе различных программ. О А.А. Ухтомском мы вспоминаем на экскурсиях в Сергиевке.
