Мальро — парижанин, выходец из семьи дюнкеркских судовладельцев. В 1919 году окончил парижскую школу восточных языков. В 1921 году издал свои поэтические опыты модернистского толка («Бумажная луна») и в 1923-м устремился на Дальний Восток, в Камбоджу и Сиам, в качестве этнографа и археолога. В середине 20-х годов Мальро — свидетель и участник революционных событий в Китае, которые своеобразно преломились в его первых романах: «Завоеватели» (1928), «Условия человеческого существования» (1933).
Герой раннего Мальро — незаурядная личность, скептик, убежденный, что можно жить, принимая абсурдность человеческих усилий, но нельзя примириться с абсурдом сущего. Герой изначально одинок, между ним и другими — полоса отчуждения. Художник натуралистически фиксирует «извечные» психические состояния человека: страх, отчаяние, ожесточение. Его герои испытывают свою волю в критической ситуации, не ощущая при этом внутренней причастности к той цели, тому делу, которое требует от них смертельного риска и самоотверженности. И лишь порой их осеняет вера в мужественное братство совместной борьбы.
Угроза фашистского путча в Париже, победа Народного фронта побудили Мальро слить свои усилия с устремлениями прогрессивных деятелей во Франции и за ее пределами. Вместе с Ланжевеном и Ж.-Р. Блоком он участвует в антифашистской манифестации 12 февраля 1934 года; выступает в Москве на I Всесоюзном съезде советских писателей. В речи на этом съезде Максим Горький назвал Мальро в числе тех мастеров Запада, «суровых судей буржуазии своих стран», которые «умеют ненавидеть, но умеют и любить». Ненависть Мальро к нацизму воплотилась в повести «Годы презрения» (1935), с особой силой запечатлевшей стоическое упорство борца.
В 1936 году Мальро лицом к лицу сражался с фашизмом на полях Испании, командовал эскадрильей боевых самолетов. «Моим товарищам по Теруэльскому бою» — гласит посвящение, открывающее «Надежду» (1937) — высшее достижение Мальро в жанре романа.
На исходе 30-х годов Мальро отошел на консервативные позиции, но былую непримиримость к фашизму сохранил (роман «Альтенбургские орешники», 1943). В 1940 году в танковых частях воевал с гитлеровцами, в годы Сопротивления командовал бригадой. Был арестован оккупантами и брошен в тюрьму. О своем побеге в 1944 году Мальро рассказал в одной из глав «Антимемуаров» (1967). В мирные дни издал трехтомное исследование «Психология искусства» (1947–1950).