Alois Alzheimer wurde am 14. Juni 1864 in Marktbreit geboren.

Seine Familie war streng katholisch. Der Vater war Justizrat und Notar. Alois Alzheimer besuchte das Gymnasium in Aschaffenburg. Schon während der Schulzeit begeisterte sich Alzheimer für die Naturwissenschaften. 1883 legte er sein Abitur ab und begann ein Medizinstudium in Berlin. Später studierte er auch in Tübingen und Würzburg. 1887 beendete Alzheimer seine Dissertation mit histologischer Studie über die Ohrenschmalzdrüsen an der Universität Würzburg. Nach dem Studium traf Alzheimer eine geisteskranke Dame und ging mit ihr auf Reisen. Nach dieser Reise interessierte er sich immer mehr für die Psychologie. Im Jahr darauf, 1888, kam er als Assistent an die Frankfurter Irrenanstalt.

Diese Anstalt galt für damalige Verhältnisse als sehr fortschrittlich, außerdem wurde dort auch Forschung betrieben. In Frankfurt lernte Alzheimer den Pathologen Franz Nissl kennen, mit dem ihn zeitlebens eine Freundschaft verband. 1895 wurde Alzheimer zum II. Assistenten (Oberarzt) in der Nachfolge Nissls berufen. Im April 1894 heiratete Alzheimer die Witwe Cäcilia Wallerstein. Aus der Ehe gingen drei Kinder hervor. Da seine Frau vermögend war, konnte Alzheimer sich sorgenfrei der Forschung widmen. 1901 verstarb Cäcilia an einer Angina. Am 26. November 1901 ging Auguste Deter als erste "Alzheimer-Patientin" in die Geschichte ein. Die Patientin mit Symptomen einer Gedächtnisstörung verstarb 1906.

Alzheimer unternahm eine hirnpathologische Untersuchung und entdeckte dabei herdchenförmige Einlagerungen, die "Alzheimer-Plaques und Fibrillen". Alois Alzheimer wurde dann 1903 von dem Psychiater Emil Kraepelin als Leiter des anatomischen Laboratoriums an die Nervenklinik München berufen. In den darauffolgenden Jahren untersuchte Alzheimer weitere Fälle der Altersdemenz. 1904 habilitierte er sich mit der Arbeit "Histologische Studien zur Differentialdiagnose der progressiven Paralyse." Alzheimer arbeitete über mehrere Jahre hinweg unentgeltlich, da es für ihn keine Planstelle gab.

Auch einige seiner Mitarbeiter soll er aus eigener Tasche finanziert haben. Dabei hielt er sich wohl an den Ausspruch seines Vaters: "Der Stärkere soll den Schwächeren unterstützen". 1908 wurde Alzheimer schließlich zum außerordentlichen Professor ernannt. Zwei Jahre später verwendete Kraepelin in seinem Lehrbuch erstmals die Bezeichnung "Alzheimersche Krankheit". 1912 wurde Alzheimer als Ordinarius für Psychiatrie und Klinikdirektor an die Universität Breslau berufen. Kurz nach seiner Ankunft erkrankte Alzheimer jedoch an einer bakteriellen Entzündung der Herzinnenhaut.

Alois Alzheimer verstarb am 19. Dezember 1915 im Alter von 52 Jahren.

Das von ihm entdeckte und beschriebene Syndrom der Altersdemenz findet indes infolge der zunehmenden Überalterung der Bevölkerung immer größere Verbreitung. Zu den prominentesten Opfern der Alzheimer-Krankheit zählte beispielsweise der frühere US-Präsident Ronald Reagan.