Fils de Jean Le Nôtre jardinier du roi aux Tuileries. Son parrain est contrôleur des jardins et le mari de sa marraine, Claude Mollet, est un illustre jardinier. André vit donc dans une famille de jardiniers et acquiert rapidement un savoir-faire pratique qu’il complète de connaissances théoriques.
Il apprend les mathématiques, la peinture et l’Architecture. Il suit des cours d’art dans l’atelier du peintre Simon Vouet et devient l’ami de Charles Le Brun. François Mansart lui permet d’étudier l’architecture pendant plusieurs années.
Le premier grand jardin français portant sa marque distinctive fut le jardin du château de Wattignies, terminé en 1640 et construit par le seigneur de Wattignies, Philippe de Kessel. Cette première réalisation lui apportera ses premiers grands revenus et surtout la première référence qui lancera sa réputation. Il fut nommé premier jardinier du duc d’Orléans en 1635. A la mort de son père en 1637, il devient comme lui jardinier du roi en 1645. Il se marie avec Françoise Langlois en 1640 et qui lui survivra, avec qui il aura plusieurs enfants, et est nommé "dessinateur des plants et terrasses" d’Anne d’Autriche 3 ans plus tard. En 1644, il redistribue et redessine les jardins des Tuileries. En 1645-1646, il modernise les jardins du château de Fontainebleau.
Sa première réalisation d’importance fut les jardins de Vaux le Vicomte pour Fouquet en 1656 en équipe avec Charles Le Brun, le sculpteur qu’il avait rencontré dans l’atelier de peinture de Simon Vouet, et l’architecte Le Vau. Les moyens que met à sa disposition Fouquet lui permettent, à Vaux le Vicomte, face au château élevé par l’architecte Louis Le Vau, de mettre en place un jardin où se déroulent les extraordinaires fêtes que donne le surintendant des Finances le 17 août 1661, pour le roi Louis XIV. C’est le jardin par la distribution des perspectives, de bassins en groupes de sculptures, qui confère à l’ensemble une illusion d’immensité et de grandeur.
En 1657 il devient contrôleur général des bâtiments du Roi. Après l’arrestation de Fouquet en 1661, André Le Nôtre est engagé par Louis XIV pour réhabiliter les jardins de Versailles. S’il élabore plus tard d’autres jardins que l’on dit de même “ à la française ”, à Marly, à Meudon, à Saint-Cloud, à Sceaux, à Choisy ou encore à Maintenon, Versailles demeure son chef-d’œuvre. Il dessine et réalise alors de nombreux projets à travers la France et aussi l’étranger comme les jardins de Greenwich pour Charles II d’Angleterre. En 1666, Colbert charge Le Nôtre d’embellir le jardin des Tuileries qu’il transforme en profondeur, ouvrant plusieurs perspectives dont l’une servira de tracé à la future avenue des Champs-Élysées. Entre 1670 - 1683 Il travaille sous les ordres du même Colbert au remaniement des jardins de son château de Sceaux. Il conçoit un projet pour le château de Racconigi en Italie en 1670 et refait les jardins de Venaria Reale en Italie.
Le Nôtre est anobli par Louis XIV en 1675. Il forme de nombreux disciples, dont son neveu, Claude Desgots. En 1678, il visite l’Italie et juge que « les jardins ne s’approchent pas de ceux de son pays ». Il en profite pour rendre visite au Bernin, âgé de 81 ans, ainsi qu’au pape Innocent IX, qu’il va embrasser, sous le coup de l’émotion, sur les deux joues. Il entre en 1681 à l’Académie royale d’architecture. Il intervient dans l’aménagement des jardins du château de Meudon pour Louvois et participe aux aménagements du château de Marly-le-Roi dernière résidence voulu de Louis XIV en 1692.
Il est cependant agacé par les velléités du Roi Soleil à vouloir concevoir ses propres jardins. Il cesse donc de travailler pour ce dernier tout en lui offrant ses plus belles œuvres d’art en 1693. Il fait encore des projets et envoie par lettre ses instructions pour les château de Charlottenburg et château de Cassel en Allemagne en 1694 et adresse à Guillaume III d’Angleterre des plans pour le château de Windsor en 1698.
Sans doute le roi est-il conscient de la grandeur de ses œuvres puisque, âgé de 72 ans, il accompagne une dernière fois son jardinier se promener dans son œuvre de Versailles. Celui-ci, âgé de 87 ans, se voit en cette circonstance, accorder le rare privilège d’une chaise à porteur.
Il meurt en septembre 1700. Il est enterré à l’église Saint-Roch. Le Nôtre possédait plusieurs centaines de tableaux de maîtres qu’il donna en partie à Louis XIV