Милн е роден в Шотландия, но израства в Лондон, в частното училище на баща си Джон Вайн Милн. Един от учителите му в детството е Хърбърт Уелс. Учи в Уестминстърското училище и в Тринити Колидж в Кеймбриджки университет, където получава стипендия по математика. Докато е там, публикува в студентското списание „Гранта”. Милн става сътрудник, а по-късно и помощник-редактор в хумористичното британско списание „Пънч”.
Синът му Кристофър Робин Милн е роден през 1920 г. Милн участва във I световна война с Британската армия, но след войната пише осъдителна статия под заглавие „Мир с чест” (Peace with Honour, 1934 г.).
През 1925 г. А. А. Милн купува къща в провинцията, Кочфорд Фарм в Хартфилд, Източен Съсекс. Там той се оттегля след мозъчна операция през 1952 г., която го прави инвалид.
Милн става световноизвестен с двата си приказни романа „Мечо Пух” (1926) и „Къщичката в къта на Пух” (1928). В тях оживяват плюшените играчки на сина му Кристофър Робин. Приключенията на Мечо Пух, Прасчо, Йори, Тигър, Кенга, Заю и Бухал са изключително забавни и поучителни. Оригиналните илюстрации към книгите са дело на Е. Х. Шепърд.