Родился в крестьянской семье в селе Константиновка Иркутской губернии на верхней Лене. В 1920 г. отец А.П. Окладникова был расстрелян белоказаками. В 1925 г. Окладников поступил в Иркутский педагогический институт, где он учился у Б.Э. Петри. В студенческие годы начал проводить археологические раскопки. Во второй половине 1930-х годов работал директором иркутского краеведческого музея. В 1934 г. поступил в аспирантуру ГАИМК (научный руководитель – П. П. Ефименко), и спустя четыре года защитил кандидатскую диссертацию «Неолитические могильники в долине Ангары». В 1938 – 1939 гг. проводил раскопки грота Тешик-Таш в долине р. Ширабад-дарья (Сурхан-Дарьинская область Узбекской ССР, район г. Термез). В ходе работ 4 июля 1938 г. было обнаружено первое в СССР погребение неандертальца. В дальнейшем были проведены раскопки на побережье Охотского моря и в Монголии (1949 и 1960 гг.). В 1947 г. Окладников защитил докторскую диссертацию «Прошлое Якутии до присоединения к Русскому государству». В 1949 – 1951 гг. – заместитель директора и руководитель Ленинградского отделения Института истории материальной культуры АН СССР, 1951 – 1961 гг.– заведующий сектором палеолита Института археологии АН СССР (Ленинград). 1961 г. – переезд в Новосибирск. С 1962 г. – профессор и заведующий кафедрой всеобщей истории Новосибирского университета. 1961 г. – открытие древнейшей палеолитической стоянки Улалинка (на окраине Горно-Алтайска). В 1966 гг. А. П. Окладников организует и возглавляет Институт истории, филологии и философии Сибирского отделения АН СССР. Являлся участником и руководителем многих археологических экспедиций в Сибири, на Дальнем Востоке и в Монголии.