Родился в 1972 году в семье военного. Первые годы его жизни прошли в засекреченном военном городке близ Клина, в 1976 отца Симонова перевели в Калинин (Тверь), а в 1985 — в Одессу.

Здесь будущий оператор закончил школу и целенаправленно пришел устраиваться на Одесскую киностудию. По словам Симонова, у него не было четкого представления о том, чем именно он хочет заниматься в кино, однако вскоре его начинает привлекать работа с камерой.

Два года Симонов работал на киностудии механиком, ассистентом оператора и вторым оператором. В 1991 он уехал в Москву и поступил на операторский факультет во ВГИК.

В мастерской Калашникова, Лаврова и Лебешева студентам фактически преподавал только Леонид Калашников. Во время учебы Симонов практикуется и в игровом, и в документальном кино. Его дебютом стала дипломная короткометражка «Дурочка» режиссера Сергея Зиневича, замеченная критикой и награжденная на Международном кинофестивале в Мюнхене.
Несколько лет после выпуска Симонов снимает видеоклипы, рекламу, работает на телевидении. В начале 2000-х его приглашают на «Мосфильм», на съемки фильма Александра Панкратова «Эмигрантка или Борода в очках и бородавочник». Работа закончилась конфликтом оператора с режиссером, и Симонов покинул проект «со скандалом».

Только через несколько лет, в 2004-м, оператора позвали в новый проект: фильм Дмитрия Троицкого и Ольги Столповской «Я люблю тебя». До этого со съемок ушел предыдущий оператор, а Симонов с энтузиазмом включился в работу над независимым фильмом, затронувшим сразу несколько полутабуированых тем, включая гомосексуализм и межнациональные отношения. «Я люблю тебя» показали на «Кинотавре», после чего с Симоновым познакомился Петр Буслов, готовившийся снимать «Бумер. Фильм второй». Симонов присоединился к проекту, вторая часть «Бумера» вышла в 2006. Оператор первого фильма Даниил Гуревич погиб четырьмя годами ранее в Кардамонском ущелье вместе с Сергеем Бодровым. Участники съемок продолжения вспоминали, что Симонов в ряде сцен стремился выдержать эстетику предшественника ради цельности повествования.

«Никакого опостылевшего глянца, никакого утомительного дизайна; фактуры подлинны, пейзажи не самодовлеющи, крупные планы запоминаются. Своими средствами „картинка“ трудится на общую идею», — писала о выразительности «Бумера-2» Ольга Шервуд.
Продюсером фильма Буслова был Константин Сельянов, который рекомендовал молодого оператора Алексею Балабанову. Режиссер пригласил Симонова переехать в Петербург, чтобы работать над «Грузом 200». После этой картины Симонов также снимет три последних фильма Балабанова и будет готовится к съемкам фильма «Мой брат умер», которые оборвет смерть режиссера.

Свидетели совместной работы режиссера и оператора говорили об их сотрудничестве как о симбиозе, при котором Симонов идеально чувствовал волю и намерение Балабанова. При этом сам Симонов вспоминал, что был растерян на съемках «Груза» и не мог представить себе результата, причем в какой-то момент даже обидел съемочную группу своими комментариями. «Я понимал правила игры — у меня никогда не было уверенности, что следующую картину буду снимать я. И с каждым разом я волновался все больше и больше», — говорил он позднее.

Критика высоко оценивала визуальные решения оператора, будь это стилизация под «советскую» эстетику в «Грузе 200» или приглушенную, «темную и страшную» атмосферу «Морфия. В «Я тоже хочу» Симонову удается уговорить Балабанова снимать фильм цифровой камерой, что, по его мнению, не только упростило процесс, но и помогло лучше рассказать историю.

В перерывах между фильмами Балабанова, оператор пробует себя в работе над другими жанрами. Среди его работ — триллер Джонни O’Райли «Прячься!», драма Павла Лунгина «Дирижер», фильм ужасов Михаила Брашинского «Шопинг-тур», короткометражка Алексея Германа-младшего «Из Токио».

Также Симонов вновь работает с Бусловым, снимая короткометражку Sunrise/Sunset для киноальманаха Эксперимент 5IVE, где была поставлена цель визуально показать разницу человеческого восприятия в фильмах нескольких режиссеров.
«Не то что бы это все эксперимент ради эксперимента. Если интересен автор, если есть взаимопонимание, почему бы не получить интересный опыт», — говорит Симонов о своих выборах и подходе к работе.

Помимо кино, оператор также снимает телесериалы, в том числе «Близкие», «Подари мне немного тепла», «Полицейский с Рублевки». Еще один эксперимент оператора — съемка фильма Столповской «Случайная связь» на фотоаппарат. Вскоре после этого Симонов знакомится с вдовой музыканта Егора Летова Натальей Чумаковой, и приходит решение снять фильм, рассказывающий о начале группы «Гражданская оборона». Фильм «Здорово и вечно» стал первой серьезной документальной работой оператора, снявшего на тот же самый фотоаппарат десятки интервью людей, связанных с «Обороной». Работа над лентой, как отмечает Симонов, велась на чистом энтузиазме несколько лет — его и других участников проекта сплотила любовь к творчеству Летова и духу того времени. Картина вышла на экраны в 2014 году.

После смерти Балабанова в карьере Симонова наступил этап сотрудничества с Андреем Кончаловским. Режиссер обратился к нему перед съемками фильма «Белые ночи почтальона Тряпицына» (2014). Оператор вспоминает, что, приехав в деревню на место съемок, они застали похороны одного из предполагаемых персонажей картины, и кадры с похорон позднее вошли в готовый фильм. «Белые ночи», сделанные на стыке документального и игрового кино, высоко оценили в России и в мире. Следующий фильм, снятый Симоновым совместно с Кончаловским — «Рай», картина о Второй Мировой войне и холокосте. За эту работу, созданную принципиально в условиях в основном естественного ощущения, при минимуме источников света, оператор удостоился нескольких международных профессиональных наград.

«Кажется, снято камерой на треноге, еще не умеющей панорамировать, — как хотел Кончаловский, „беспристрастной“. Персонаж может уйти за кадр, и мы будем видеть только затылок говорящего. В этой осмысленной небрежности, в свете, делающем случайную композицию любительского кадра произведением утонченной графики, — выдающееся мастерство оператора Александра Симонова», — писал после премьеры фильма Валерий Кичин.

В настоящее время Кончаловский и Симонов планируют работу над фильмом Il peccato о жизни художника Микеланджело, который должен выйти в 2018 году. Кроме того, оператор сотрудничает с театральным режиссером Константином Богомоловым: в 2017 году выходит его фильм «Настя», снятый Симоновым. 
Оператор отмечает, что не ищет возможности во что бы то ни стало долго сотрудничать с конкретным режиссером, но всегда находится в поиске интересных проектов. Чтобы все успевать, Симонов продолжает, как в детстве, жить, путешествуя между разными городами.

Андрей Гореликов