Алексей Улюкаев родился 23 марта 1956 г. в Москве в семье экономиста Валентина Хусаиновича Улюкаева, позже профессора Государственного университета по землеустройству. Дед будущего министра был дворником.
В 1979 г. Алексей получил диплом об образовании на экономическом факультете Московского государственного университета им. Ломоносова, затем там же окончил аспирантуру. Преподавал на кафедре политэкономии МИСИ. Позже получил докторскую степень экономических наук в РФ, а также в Университете Pierre-Mendes France в Гренобле.
В политическую среду попал в середине 1980-х годов, когда познакомился с Анатолием Чубайсом и Егором Гайдаром. Стал активным участником клубов "Перестройка" и "Демократическая перестройка". В начале 90х попал в правительство с командой Гайдара, был экономическим советником, потом помощником заместителя премьера, которым Был Егор Гайдар.
В 1994 г. стал заместителем директора Института экономических проблем переходного периода Егора Гайдара, работал на этой позиции до 1996 г., а затем в 1998-2000 г.г.
В 1996-1998 г.г. занимался вопросами инвестиционной политики, будучи депутатом Мосгордумы.
В 1999 г. выдвигался в Госдуму как кандидат от партии "Союз правых сил", но уступил Сергею Шохину.
В начале 2000-х приглашен по протекции Чубайса первым заместителем министра финансов РФ Алексея Кудрина.
С 2004 г. по 2013 г. был первым зампредом Центробанка РФ Сергея Игнатьева.
C 24 июня 2013 г. по 15 ноября 2016 г. являлся министром экономического развития РФ. Снят с должности указом президента РФ в связи с утратой доверия.
Был задержан 14 ноября 2016 г. по подозрению в получении взятки в размере 2 млн долларов за выданное Минэкономразвития положительное заключение по продаже "Роснефти" акций "Башнефти".
Алексей Улюкаев был женат дважды. От первого брака с Тамарой Ивановной Усик есть сын Дмитрий (1983 г.р.). Второй женой стала Юлия Сергеевна Хряпина (1983 г.р.), в 2005 г. у них родился сын Алексей, в 2010 г. - дочь Александра.
Алексей Улюкаев имеет несколько государственных наград, в том числе Орден "За заслуги перед Отечеством" IV степени.