Официально считается, что Алексей Маресьев родился в городе Камышине Саратовской губернии, однако выставленная в апреле 2016 года в Жирновском краеведческом музее запись из метрической книги Свято-Троицкой церкви города Камышина свидетельствует о том, что он родился на хуторе Верёвкин Верхне-Добринской волости Камышинского уезда Саратовской губернии.

В октябре 1937 года был призван на срочную службу и направлен в пограничные войска НКВД СССР. Служил авиатехником в авиапогранотряде Сахалинского морского пограничного отряда на острове Сахалин, затем переведён в 12-й авиационный погранотряд Тихоокеанского пограничного округа в городе Александровске-Сахалинском, где обслуживал стоявшие на вооружении отряда самолёты Р-5 и сменившие их И-15. В январе 1939 года был направлен в 30-ю Читинскую школу военных пилотов, которую в октябре 1939 года перевели в Батайск. В 1940 году он окончил Батайское авиационное училище имени Серова, получив звание младшего лейтенанта. После окончания училища стал работать в нём же инструктором. В Батайске встретил Великую Отечественную войну.

В августе 1941 года Маресьев был направлен на Юго-Западный фронт в 296-й истребительный авиационный полк. Свой первый боевой вылет осуществил 23 августа 1941 года в районе города Кривой Рог.

В марте 1942 года был переведён в 580-й истребительный авиационный полк ВВС Северо-Западного фронта, где назначен командиром звена. В бою 1 апреля 1942 года открыл свой боевой счёт, сбив транспортный самолёт Ю-52, а 4 апреля сбил сразу два самолёта этого типа. 5 апреля 1942 года  в районе «Демянского котла» (Новгородская область) во время операции по прикрытию бомбардировщиков в бою с немцами его самолёт Як-1 был подбит. Маресьев сумел дотянуть самолёт через линию фронта до своей территории, и в 4 км севернее деревни Рабежа при попытке совершить вынужденную посадку в лесу упал с высоты 30 метров. Восемнадцать суток лётчик через леса и болота ползком пробирался к людям на восток, ориентируясь по солнцу. Первыми его заметили жители деревни Плав Кисловского сельсовета Валдайского района. На вопрос «Ты немец?» Маресьев не ответил, они побоялись его трогать и вернулись в деревню. Затем его, уже еле живого, обнаружили двое мальчишек из той же деревни — Серёжа Малин и Саша Вихров. Мальчишки позвали на помощь своего деда, который отвёз спасённого на подводе в свой дом.

Несколько дней колхозники ухаживали за Маресьевым. Необходима была медицинская помощь, но в селе не было врача. В первых числах мая рядом с деревней приземлился самолёт, пилотируемый А. Н. Дехтяренко, и Маресьева отправили в Москву, в госпиталь.

Врачи спасли Маресьеву жизнь, но вынуждены были ампутировать Маресьеву обе ноги в области голени.

В июне 1942 года за сбитие трёх немецких самолётов был награждён орденом Красного Знамени.

В 1942 году Маресьева отправили в Куйбышев, в специализированный госпиталь для больных с ампутированными конечностями.

Здесь ему выдали протезы — грубые и тяжёлые, доставлявшие сильную боль при ходьбе. В госпитале Маресьева поставили на ноги и он, решив вернуться в строй и вновь летать, стал упорно тренироваться.

В начале 1943 года прошёл медкомиссию и был направлен в Ибресинскую лётную школу. В феврале 1943 года совершил первый после ранения пробный вылет. Добился отправки на фронт.

19 июля 1943 года он одержал свою первую после возвращения в строй победу — сбил пикирующий бомбардировщик Ju-87, а на следующий день, 20 июля, во время воздушного боя с превосходящими силами противника спас жизни двух советских лётчиков и сбил сразу два истребителя Fw.190, прикрывавших бомбардировщики Ju.87.

24 августа 1943 года за сбитие трёх немецких истребителей и спасение жизни двух лётчиков заместитель командира эскадрильи 63-го гвардейского истребительного авиационного полка Алексей Петрович Маресьев был удостоен звания Героя Советского Союза.

Всего за время войны Маресьев совершил восемьдесят шесть боевых вылетов, сбил десять самолётов врага.

В июле 1946 года Маресьев был уволен в запас в звании майора.

18 мая 2001 года в Театре Российской армии должен был состояться торжественный вечер по случаю 85-летия Алексея Маресьева, но за час до начала концерта у него случился инфаркт, после которого он скончался. Торжественный вечер состоялся, но начался с минуты молчания.