Родился в Бежецке (Тверская губерния) 8 (20) августа 1894. Учился в Академии художеств до ее закрытия (1914–1918), затем вернулся на родину. Завершал образование в петроградских Свободных художественных мастерских (1919–1923). Среди учителей особое влияние на него оказал К.С.Петров-Водкин, вместе с которым он побывал в Самарканде (1921). Был членом объединений «Круг художников» и «Октябрь». Жил в Ленинграде.
Дипломная картина Головомойка (1923, Русский музей), где он стремился воплотить принципы «сферической перспективы» в духе Петрова-Водкина, близка сюрреализму. Однако Самохвалов вступил на самостоятельный творческий путь в тот период, когда модернистски-авангардные поиски постепенно уходили в сферу «тихого искусства» или вообще в «подполье». Тем не менее (подобно мастерам ОСТа, к которому «Круг художников» был эстетически весьма близок) сумел сохранить яркие черты поэтически-вольного символизма и во вполне официальных, «соц-заказных» произведениях. Особенно удавались художнику образы «героинь труда и спорта» (Кондукторша, 1928; Девушка в футболке, 1932; обе – там же; Девушка с ядром, 1933, Третьяковская галерея; знаменитая акварельная серия Метростроевки, 1933–1934, в основном – Русский музей) – образы, полные мажорного пафоса и в то же время по-своему сюрреального, почти «мифологического» обаяния; это своего рода таинственные современные богини, окруженные романтическим ореолом. Успешно выступал также как художник театра и в особенности книги. Примечательны артистичные детские книжки, в том числе с текстами самого мастера (Наш город, 1927; и др.), но в первую очередь – цикл трагически-гротескных, в полной мере экспрессионистских литографий к Истории одного города М.Е.Салтыкова-Щедрина (1935).
Наряду с этим исполнил и большое число всецело триумфально-«тоталитарных» полотен (С.М.Киров принимает парад физкультурников, 1935; Появление В.И.Ленина на Всероссийском съезде Советов (1939; обе картины – в Русском музее); С.М.Киров и И.В.Сталин на Волховстрое, 1950, частное собрание, Лондон; и др.). В поздние годы стремился выразить свой мощный потенциал художника-романтика в автобиографической прозе (книга Мой творческий путь, издана в 1977; повесть В годы беспокойного солнца).
Умер Самохвалов в Ленинграде 20 августа 1971.
А.Н.Самохвалов (альбом). Л., 1963
Самохвалов А.Н. В годы беспокойного солнца. Проза. Статьи. О художнике (критика, воспоминания, письма). СПб, 1996
