Анатолій Дмитрієв народився 17 серпня 1976 року у місті Львові.
Навчався у ліцеї №57 імені Короля Данила Львівської міської ради. Згодом здобув фахову освіту у Львівському вищому професійному училищі комп’ютерних технологій та будівництва.
Працював у сфері будівництва на приватних підприємствах.
У 2023 році став на захист Батьківщини від вторгнення російських окупантів. Боронив територіальну цілісність та суверенітет України на Донецькому напрямку у складі 92-ї окремої штурмової бригади імені кошового отамана Івана Сірка Сухопутних військ Збройних Сил України.
Анатолій загинув 26 квітня 2024 року. Тривалий час вважався безвісти зниклим у селі Андріївка Бахмутського району Донецької області. Прощання відбулося 3 січня 2026 року.
У Анатолія Дмитрієва залишилися мати, дружина, двоє синів, сестра та племінниця.