Мать Софья Богомолец — дочь поручика в отставке, революционерка, входила в Южно-русский рабочий союз и была арестована в январе 1881 года. Новорожденного в бельевой корзине отдали отцу Софьи, который увез крохотного внука в свое имение на Полтавщине, в село Климово. Отец — потомок мелкопоместного дворянина, врач, тоже сотрудничавший с народовольцами, вернувшись из ссылки, увез сына в Нежин. Свою мать Саша увидел лишь раз через 10 лет — в 1891 году, когда его отец по ходатайству Льва Толстого получил разрешение навестить Софью Богомолец в Сибири. Вскоре она умерла от туберкулеза. После тяжелой поездки мальчик стал очень болезненным.
Учась в университете, парень увлекся эндокринологией и изучением нервной системы. И хотя студент Александр Богомолец не раз был на грани исключения по политическим мотивам, вуз он окончил с отличием. Женился Александр в 28 лет на Ольге Тихоцкой, внучке генерал-майора.
Сын каторжанки, всегда считавшийся "неблагонадежным", революцию принял сразу. Во время гражданской войны он создал первые в стране железнодорожную клинико-диагностическую лабораторию и передвижную противомалярийную лабораторию. В 1925 году профессор Богомолец был приглашен в Москву, где возглавлял множество экспериментальных отделений в ведущих клиниках. Он изобрел сыворотку, которая помогала в борьбе со злокачественными опухолями, использовалась для заживления ран и переломов, активизации иммунитета при инфекционных заболеваниях. После войны Богомолец руководил Академией наук Украины. Его смерть была для всех неожиданной: в 1946 году академик умер от туберкулеза, как и его мама. Есть легенда, что Иосиф Виссарионович сказал тогда: "Хитрый Богомолец всех надурил — всю жизнь искал лекарства от смерти, а умер от банальной болезни!". Как результат — учение Богомольца было признано ошибочным и не соответствующим генеральной линии советской физиологии. Основанные Богомольцем Институты экспериментальной биологии и медицины и клинической физиологии были закрыты, а члены семьи подверглись гонениям. Но с кончиной Сталина научные организации, созданные Александром Александровичем, были восстановлены.