Анатолий Борисович Мариенгоф родился в Нижнем Новгороде в семье служащего. Стихи начал писать приблизительно с двенадцати лет.
В 1914 году издал журнал «Мираж», в котором публиковал собственные стихи, рассказы и статьи.
В 1916 году поступил на юридический факультет Московского университета и сразу же пошёл на военную службу.
В дни Октябрьской революции вернулся в Пензу и создал поэтический кружок, в 1918 году напечатал первую книжку стихов - «Витрина сердца».
В 1919–1922 годах в издательстве «Имажинисты» вышло семь стихотворных сборников Мариенгофа.
В 1924–1925 годах работал заведующим сценарным отделом «Пролеткино», а также писал киносценарии.
В 1928 году переехал в Ленинград, где прожил до конца жизни. В годы Великой Отечественной войны вместе с женой был эвакуирован в Киров, где прожил около трёх лет.
Мариенгоф написал более десяти больших пьес и множество скетчей, несколько прозаических произведений, около десяти сценариев.
Автор книг воспоминаний «Роман без вранья», «Роман о цинике», «Мой век, моя молодость, мои друзья и подруги».
Умер 24 июня 1962 года в Ленинграде (ныне - Санкт-Петербург), похоронен на Богословском кладбище.
