Анатолий Васильев в 1969 году окончил Школу-студию МХАТ.
В 1969 — 1974 гг. — актер Московского театра Сатиры.
В 1974 — 1995 гг. — актер Центрального академического театра Российской армии.
С 1995 года работает в театре им. Моссовета.
Снимался в кино- и телефильмах: "Экипаж", "Михайло Ломоносов", "Дамское танго", "Борис Годунов", "Степь", "Корпус генерала Шубникова", "Любимая женщина механика Гаврилова", "Захочу — полюблю", "Фирма приключений", "Ваши пальцы пахнут ладаном", "Любовь.ru", "Времена не выбирают", "Большая любовь", "Татьянин день", "Майор Ветров", "Отцы и дети", "И примкнувший к ним Шепилов", "Сваты", "Сваты — 2, 3, 4", "Люди Шпака", "Осведомленный источник в Москве", "Медвежий угол", "Откричат журавли" и других.
Народный артист РФ.