Родился 22 июня 1981 года в г. Москве.

В 2003 году закончил биологический факультет Московского государственного университета (специальность Зоология). В 2007 году защитил кандидатскую диссертацию на кафедре энтомологии биологического факультета МГУ. После защиты продолжил работать на той же кафедре. С 2006 по 2014 год занимал должности старшего лаборанта, младшего научного сотрудника, доцента. В 2014 году защитил докторскую диссертацию. 

В настоящее время – профессор РАН, заведующий кафедрой энтомологии биологического факультета МГУ.

В 2013 году за результаты исследования строения и пределов миниатюризации мельчайших многоклеточных живых организмов награжден премией Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых. 

В работе лауреата впервые проведено первое комплексное сравнительно морфологическое  изучение мельчайших насекомых с применением широкого круга современных, инновационных методов морфофункциональных исследований, включая электронную микроскопию, микротомографию и трехмерное компьютерное моделирование. Впервые у животных обнаружены безъядерные нейроны и показана возможность функционирования практически безъядерной нервной системы состоящей только из отростков. 

А.А. Полиловым выдвинуты гипотезы о факторах, лимитирующих минимальные размеры тела животных. Разработана система ступеней миниатюризации, определяющих характер морфологических изменений, связанных с уменьшением размеров тела. 

Полученные результаты открывают новые возможности для целого ряда биотехнологических и биоинформацилнных направлений, таких как микроробототехника, нанооптика, моделирование нейронных сетей, изучения масштабирования сенсорных систем, геномика и многих других.

В настоящее время продолжается изучение миниатюрных насекомых, основные направления – функциональная морфология, изучение полетных и аэродинамических характеристик, исследование влияния миниатюризации на геном, построение коннектома и изучение когнитивных способностей микронасекомых.

Опубликовано более 60 работ включая статьи в ведущих научных изданиях. Работы автора отмечены рядом престижных премий (медаль Российской академии наук с премией для молодых ученых, 2011 г.; победитель конкурса научных работ молодых ученых МГУ, 2010 г.). А также поддержаны грантами Президента РФ, РФФИ, РНФ, A.v. Humboldt foundation.

Кроме научной работы, ведет и преподавательскую деятельность. С 2006 по настоящее время ведет несколько курсов у студентов биологического факультета МГУ.