Анатолий Алексеевич Солоницын родился 30 августа 1934 в городе Богородске Горьковской области в семье поволжских немцев. Его отец был журналистом и работал ответственным секретарем газеты «Горьковская правда».
Первые годы жизни будущий актер носил имя Отто – он появился на свет, когда страна с восхищением следила за подвигом героев-челюскинцев, и мальчика назвали в честь научного руководителя экспедиции Отто Юльевича Шмидта. Когда с началом войны это имя стало многими восприниматься как враждебное, имя сменили на Анатолия.
После окончания в 1960 году студии при Свердловском драматическом театре, выступал в этом театре, снимался на Свердловском телевидении. В 1970-1972 годах работал в Таллиннском русском драматическом театре, затем до 1976 года в театре имени Ленсовета.
В кино актер дебютировал в 1963 году на Свердловской телестудии, в первой картине Глеба Панфилова «Дело Курта Клаузевица». В 1966 году, прочитав сценарий к фильму «Андрей Рублев» Андрея Тарковского в журнале «Искусство кино», он взял отпуск в театре и двинулся из Свердловска в столицу. И понравился Андрею Арсеньевичу.
Утвердить никому не известного актера на главную роль режиссеру стоило больших трудов. Против были члены многочисленных художественных советов. Но сыграло роль внешнее сходство с Рублевым и кандидатуру Солоницына поддержали историки: из предложенных Тарковским двадцати фотопроб разных актеров ученые дружно указали на Солоницына. Творческий союз актера и режиссера состоялся, и роль Андрея Рублева принесла Солоницыну мировую известность.
После этой работы Солоницын неизменно снимается в лучших лентах Андрея Тарковского: «Солярис» (1972), «Зеркало» (1974), «Сталкер» (1979). Актеру удалось найти общий творческий язык не только с Тарковским: он блистательно исполняет роль Рыбника в дилогии «Легенда о Тиле» (1976) режиссеров Александра Алова и Владимира Наумова, снимается у Никиты Михалкова («Свой среди чужих, чужой среди своих», 1974). Одна из лучших ролей Анатолия Солоницына – в фильме «Восхождение» Ларисы Шепитько.
Всего замечательный актер Анатолий Алексеевич Солоницын снялся в нескольких десятках фильмов. Ему было всего 47, когда болезнь отняла его у любящих зрителей… Это произошло 11 июня 1982 года.