Александр Ильич Пантелеев родился в дворянской семье. Окончил школу гвардейских подпрапорщиков и кавалерийских юнкеров. В службу вступил 16 июня 1856 года прапорщиком (ст. 16.06.1856) в лейб-гвардии Преображенский полк. Получает звания подпоручика (ст. 30.08.1861), поручика (ст. 30.08.1862). Участник кампании 1863 года в Польше. Получает звания штабс-капитана (ст. 19.04.1864), капитана (ст. 30.08.1868). 

Занимал должности командира роты.  Участник русско-турецкой войны 1877-1878 годов. 

Командир 17-го пехотного Архангелогородского полка (10.09.1877-17.02.1882). В мае 1878 года  командовал 1-й бригадой 5-й пехотной дивизии. За отличия получает звание генерал-майора (пр. 1882  — ст. 30.08.1882). Командир лейб-гвардии Семеновского полка (17.02.1882–08.12.1890). 

В 1888 он бы назначен членом Главного военного суда; директором Императорского училища правоведения (08.12.1890–04.02.1897). За отличие получает звание генерал-лейтенанта (пр. 1893 — ст. 30.08.1893). Помощник министра внутренних дел по его званию шефа жандармов (04.02.1897–20.04.1900) и командир Отдельного корпуса жандармов (31.01.1898–20.04.1900). Иркутский военный генерал-губернатор (20.04.1900–13.05.1903). Член Государственного совета (13.05.1903–1916). Генерал от инфантерии (пр. 1904- ст. 28.03.1904 — за отличие). Генерал-адъютант (1905). 

А.И. Пантелеев возглавлял комиссию по расследованию обстоятельств поражения 2-й армии в Восточной Пруссии в августе 1914 года (нахождение ее материалов на сегодняшний день неизвестно). 

1 мая 1917 года в числе всех членов Госсовета по назначению выведен за штат. 25 октября 1917 г. он был уволен со службы декретом СНК в связи с упразднением Госсовета ( с правом подавать прошение о назначении пенсии). 

Умер от голода в Петрограде. Похоронен в Новодевичьем монастыре.