Родился в деревне Уразово Тамьян-Катайского кантона Башкирской АССР (ныне в Учалинском районе Башкортостана). Рано потерял родителей и вырос сиротой. Учился в ФЗУ в Ташкенте, русскому языку начал учиться только с 16 лет. Во время Великой Отечественной войны до 1943 года работал на Урале фрезеровщиком, с 1943 года на фронте.
Три месяца учился в снайперской школе. Потом воевал под Ленинградом на Карельском перешейке. Закончил войну в 1945 году в Германии в составе гвардейской артиллерийской дивизии. Награждён орденами Отечественной войны 1-й степени, Славы 3-й степени и боевыми медалями. Был несколько раз ранен.
Анатолий Генатулин после войны сменил много профессий. Служил на Украине, а после демобилизации работал на строительстве Краснополянской ГЭС. Заочно окончил Литинститут (1966). Член Союза писателей с 1973 года. Заслуженный работник культуры Башкирской АССР (1990).
С 1955 года жил в Москве, а впоследствии на родине, в селе Уразово.
В начале 50-х под впечатлением чтения Э. М. Ремарка, Л. Н. Толстого и А. П. Чехова стал писать рассказы о войне, которые, однако, из-за открытого изображения страданий, жестокости и трагизма не принимались к публикации. Первая публикация состоялась в 1961 в журнале «Дружба народов». В 1969 издал первый сборник рассказов, но только повестью «Атака», написанной примерно за 15 лет до публикации (1982), обратил на себя внимание как значительный военный писатель. «Приверженностью к правде и реализмом его творчество близко прозе Вяч. Кондратьева и К. Воробьёва» (Вольфганг Казак).
В 2000-х годах произведения Анатолия Генатулина активно переводились на башкирский язык.
У Анатолия Генатулина есть сын Александр и внучки Мария и Татьяна, а также правнучка и правнук.
