В 1976 году окончил среднюю школу №8 г. Жезказгана, в 1981 году - Карагандинский политехнический институт по специальности инженер-механик автомобильного транспорта. В 1985 году поступил в аспирантуру Московского автомобильно-дорожного института и в 1988 году защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук.   

После аспирантуры в 1989 году продолжил работу в Жезказганском филиале Карагандинского политехнического института автомобильного транспорта, став впоследствии доцентом кафедры и заместителем декана горно-механического факультета.   

В  1989-1990 годы А.Байменов выступает инициатором создания первого в области общественного движения «Улытау», одновременно возглавляет Жезказганское областное отделение общественного антиядерного движения «Невада-Семей». В 1990 году избирается депутатом Жезказганского областного Совета Народных депутатов. В 1992 году его приглашают на должность заместителя главы Жезказганской областной администрации. В 1993-1994 годах Байменов возглавил Жезказганскую областную организацию «Союз Народного единства Казахстана».   

В 1994 году его избирают депутатом Верховного Совета Республики Казахстан. В 1995-2000 годы является заместителем Председателя Ассамблеи народов Казахстана. В 1997-2001 Председателем Комиссии по вопросам гражданства при Президенте РК и членом Комиссии по правам человека при Президенте.   

В 1995 году назначается заместителем Министра труда Республики Казахстан, затем  первым заместителем Министра труда.   

В 1996 году А.Байменов становится заместителем руководителя Администрации Президента Республики Казахстан – заведующим организационно-контрольным отделом Администрации. В 1997-1998 годы он руководит Канцелярией Премьер-Министра.   

В 1998-1999 годы возглавляет Администрацию Президента Республики Казахстан.   

В 1998 году инициирует создание Агентства Республики Казахстан по делам государственной службы, в 1999 году становится первым председателем Агентства. Под его руководством разрабатывается и  проводится реформа государственной службы Республики   

В 2000-2001 годы А.Байменов возглавляет Министерство труда и социальной защиты населения Республики Казахстан. Под его руководством впервые в СНГ была разработана и принята комплексная Концепция социальной защиты населения, предусматривающая в частности введение трехуровневой системы соцзащиты.   

 В ноябре 2001 года Байменов выступает соучредителем и входит в состав политсовета общественного объединения «Демократический выбор Казахстана».   

В марте 2002 он выступает одним из инициаторов, соучредителем, Сопредседателем Демократической партии Казахстана «АК ЖОЛ». В 2003 году его избирают Председателем Политисполкома партии.   

В сентябре 2004 года партия «АК ЖОЛ» стала одним из главных участников парламентских выборов. Алихан Байменов возглавил партийный список «АК ЖОЛ». По партийным спискам «АК ЖОЛ» получил не менее 30% голосов избирателей, хотя официально партии было отдано чуть более 12%. Протестуя против таких действий властей, и в знак солидарности с миллионами избирателей, чьи голоса были украдены, Байменов отказался от депутатского мандата. В марте 2005 года на V съезде Демократической партии «АК ЖОЛ» Алихан Байменов был избран Председателем партии. В сентябре 2005 года решением VI съезда ДПК «Ак жол» Байменов был выдвинут кандидатом в Президенты РК и принимал участие в выборах.   

В 2006 году Байменов вошел в состав Государственной комиссии по разработке и конкретизации программы политических реформ, где возглавляет рабочую группу по дальнейшей реализации потенциала Конституции и определению перспектив конституционного развития Казахстана. С октября 2006 года депутат Мажилиса Парламента Республики Казахстан.   

В Республике Казахстан Байменова знают не только как  лидера крупнейшей демократической партии, прогрессивного политика и опытного государственного деятеля, но и как человека, уделяющего большое внимание культурно-просветительской деятельности. Он является Президентом общественного фонда «Зерде», возглавляет интеллектуальный клуб «Темирказык».

Автор монографии «Государственная служба. Международный опыт. Казахстанская модель», а также ряда публикаций по вопросам социальной защиты, государственного управления и государственной службы, менеджмента, политического и партийного строительства.   

Женат, имеет дочь и двоих сыновей.   

Хобби – книги, шахматы, бильярд, футбол.