Он родился 24 (11) сентября 1866 г. в Москве, в семье знаменитого зоолога и путешественника Н.А. Северцова. С ранних лет мальчик интересовался зоологией. Среднее образование он получил в одном из лучших в Москве учебных заведений – гимназии Л.А. Поливанова. По окончании гимназии в 1885 г. он поступил на естественное отделение физико-математического факультета Московского университета. Среди профессоров Московского университета были такие выдающиеся деятели отечественной биологии как К.А. Тимирязев, А.П. Богданов и М.А. Мензбир. Под их влиянием А.Н. Северцов стал убежденным дарвинистом. Еще в студенческие годы он начал работать в области сравнительной анатомии в лаборатории М.А. Мензбира. В начале научной деятельности Северцов поставил цель – вскрыть закономерности, управляющие эволюционным процессом. В 1889 г. он блестяще сдал государственные экзамены и был оставлен при кабинете сравнительной анатомии для подготовки к профессорскому званию. В 1890 г. за сочинение "Свод сведений по организации и истории развития гимнофион" А.Н. Северцов получил от университета золотую медаль. В 1893 г. А.Н. Северцов сдал экзамены на степень магистра, а в 1895 г. защитил диссертацию на тему "Развитие затылочной области низших позвоночных". Эта работа молодого ученого обратила на себя внимание специалистов. Вскоре А. Н. Северцов был утвержден в звании приват-доцента и получил заграничную командировку (1896-1898 гг.) в Германию и на биологические станции в Вилла-Франке и Неаполе. 3 октября 1896 г. А. Н. Северцов блестяще защитил в Московском университете докторскую диссертацию на тему "Метамерия головы электрического ската".