Александр Витальевич Хлунов родился 17 сентября 1958 года в Москве. В 1981 году окончил с отличием Московский инженерно-физический институт по специальности «металлофизика». По окончании института занимался научной деятельностью. С 1991 по 1994 год работал в Постпредстве РФ при Организации объединенных наций (Нью-Йорк). В 1994-1996 годах возглавлял отдел Российского института стратегических исследований. С 1996 по 2000 год был советником Посольства РФ в США, а с 2000 по 2004-й - заместителем директора Российского института стратегических исследований.

В 2004-2005 годах Александр Витальевич работал помощником министра образования и науки РФ. 23 ноября 2005 года назначен директором Департамента научно-технической и инновационной политики Минобрнауки России.

Александр Хлунов владеет английским языком. Женат. Имеет сына и дочь. Он автор ряда научных работ, трех изобретений.

Наряду с модернизацией государственного сектора науки в качестве стратегической задачи своей деятельности Александр Хлунов обозначил разработку новых форм организации научной деятельности, в частности национальных исследовательских центров и исследовательских университетов.