Il est le fils des comédiens Lionnel Astier et Joëlle Sevilla et le demi-frère de Simon Astier.
Il est le père de 7 enfants dont 4 ont participé à la série Kaamelott : Ariane (Mehben), Jeanne (Mehgan), Neil (Arthur enfant) et Ethan (le descendant d’Arthur). Son ex-compagne, Anne-Gaëlle Daval, est la cheffe costumière et joue la Dame de feu dans un épisode.
Il débute sa carrière à Lyon dans une pièce écrite par Jacques Chambon (Merlin dans Kaamelott), après avoir suivi des études de musique au conservatoire.
Il devient célèbre en tant qu’acteur, scénariste, compositeur et réalisateur de la série Kaamelott dont les épisodes durent 3 min 30 au début, puis environ 7 min avant d’atteindre le format américain de 42 min.
Il a tourné dans la publicité française de World of Warcraft.
En 2010, il annonce travailler sur une trilogie de films Kaamelott, suite de la série et dont la transition est initiée par des romans graphiques qu’il écrit : Kaamelott Résistance.
Dans les années 2010, il fait des apparitions au cinéma comme dans Astérix et Obélix aux Jeux Olympiques.
Il écrit en 2009 le film M. Karlsson qu’il devait réaliser mais Alain Delon, acteur principal, abandonne le projet à deux semaines du tournage car il souhaitait qu’Astier quitte la réalisation. Le film sera adapté pour Isabelle Adjani et est sorti en 2012.
L’astéroïde 236984 a été nommé Astier par les scientifiques en son honneur, en raison de ses actions de vulgarisation scientifiques.
Il co-réalise les films d’animation Astérix : Le Domaine des dieux (2014) et Astérix : Le Secret de la potion magique (2018) avec Louis Clichy dont le scénario du second est absolument original.
En janvier 2019, il annonce le tournage d’un film Kaamelott. Fixé au 29 juillet 2020 puis reporté à cause de la pandémie, il sortira finalement le 21 juillet 2021 !
« Les gens ont une facilité à se choquer très rapide. Mais se choquer c’est s’exprimer, c’est exister même. » - Alexandre Astier