Родился в городе Орле, в семье землемера. В 1882 –1891 годах учился в классической гимназии города Орла. В 1891 году поступил в Петербургский университет на юридическое отделение. В это время голодал, злоупотреблял алкоголем. Тогда же начал писать свои первые стихи и рассказы.
Для заработка в 1892 году отнес в журнал «Звезда» рассказ о голодном студенте «В холоде и золоте». В 1893 году был исключен из Петербургского университета за неуплату. Перевелся на юридический факультет Московского университета, который окончил в 1897 году. В Москве ему помогали друзья из орловского землячества и комитет. После окончания университета в 1897 году занялся адвокатурой.
Семья Андреева из Орла переехала в Москву, ему приходилось кормить мать и братьев с сестрами. В 1902 году начал журналистскую деятельность в качестве хроникера и фельетониста, используя псевдоним James Lynch. Его первый рассказ «Баргамот и Гараська» был напечатан в газете «Курьер» в 1898 году. Талант молодого писателя был замечен Максимом Горьким, который пригласил его в свое издательство «Знание».
В 1900 году произошло личное знакомство Максима Горького и Андреева, и с этого времени началась дружба писателей. Настоящий успех пришел к Андрееву после рассказа «Жили-Были» (1901). В 1902 писатель женился на А.М. Велигорской – внучатой племяннице Тараса Шевченко. Тогда же стал редактором в газете «Курьер». Благодаря помощи Максима Горького большим тиражом был выпущен первый том его сочинений. В эти годы обозначилась направленность творчества и его литературная манера.
Неоднократно приезжал к Максиму Горькому в город Нижний Новгород, а также в город Арзамас, где Горький был в ссылке в 1902 году. Он жил у своего друга во время приезда в Нижнем Новгороде с 1902 по 1904 год. В 1903 году Андреев завершил работу над повестью «Жизнь Василия Фивейского», сюжет которой был подсказан ему Горьким. Машинописный экземпляр этой повести с дарственной надписью Горькому был найден в 1986 году на чердаке одного из ветхих домов в Сормове.
Будучи в Нижнем Новгороде, Андреев участвовал с чтением своих рассказов в благотворительных вечерах, пьесы Андреева, как одного из самых репертуарных драматургов того периода, шли на нижегородской сцене.
В 1905 году во время Первой Русской революции Андреев активно участвовал в общественной жизни, укрывал у себя дома скрывавшихся членов РСДРП. 9 февраля после тайного собрания Андреев был арестован вместе с членом Центрального Комитета РСДРП Ф.И. Щеколдиным, 10 февраля посажен в Таганскую тюрьму, 25 февраля выпущен под залог, внесенный Саввой Морозовым. В этом же году написал рассказ «Губернатор», который стал откликом на убийство 17 февраля эсером Каляевым московского генерал-губернатора великого князя Сергея Александровича.
В 1906 году уехал в Германию, где у него родился второй сын, Даниил, ставший впоследствии писателем (его перу принадлежит трактат «Роза Мира»). В декабре 1906 года умерла его жена и Андреев уехал на Капри (Италия), где жил у Горького (с декабря 1906 – до весны 1907 года). В 1907 году Андреев разочаровывался в революции и отошел от революционно настроенного писательского окружения Горького. В последующие годы ко времени Первой мировой войны их отношения завершились полным разрывом.
В 1908 году женился повторно и переехал в собственный дом в Ваммельсу. На вилле «Аванс» написал свои первые драматические произведения. С 1909 года активно сотрудничал с модернистскими альманахами издательства «Шиповник». В годы Первой мировой войны стал ведущим сотрудником журнала «Отечество» издателя З.И. Гржебина, опубликовал драму о военных событиях в Бельгии «Король, закон и свобода», которая была экранизирована в 1914 году.
После Февральской революции 1917 года входил в редакционный Совет реакционной газеты «Русская воля». Октябрьскую революцию не принял. После отделения Финляндии от России в 1917 году оказался в эмиграции. Скоропостижно скончался от паралича сердца в местечке Мустамяки, на даче у своего друга – врача и литератора Ф.Н. Фальковского. Был похоронен в посёлке Мариоки (ныне Молодежный Курортного района Санкт-Петербурга). В 1956 году перезахоронен в городе Ленинграде на Литераторских мостках на Волковом кладбище.
Память: в Нижнем Новгороде на здании музея-квартиры А.М. Горького открыта мемориальная доска писателю (Нижегородский район, улица Семашко, 19).