Родился в многодетной крестьянской семье.
В 1974 году закончил Московский институт инженеров сельскохозяйственного производства имени В. П. Горячкина.
По окончании вуза приехал в Хвастовичский район Калужской области, где работал заведующим ремонтными мастерскими совхоза «Хвастовичский». Затем три года работал главным инженером в совхозе «Шаховский» Мосальского района.
С 1978 года — директор совхоза «Груздовский».
С 1985 года — начальник районного управления сельского хозяйства, несколько месяцев спустя избирается первым секретарем Мосальского райкома КПСС.
До августа 1991 года — секретарь Калужского областного комитета КПСС. После путча добровольно сложил с себя членство в КПСС, неоднократно заявлял о своей принципиальной беспартийности.
В 1991 году переезжает в Обнинск, где становится исполнительным директором Обнинского строительно-промышленного акционерного общества.
С ноября 1996 года — вице-губернатор Калужской области.
На состоявшихся 12 ноября 2000 года выборах был избран Губернатором Калужской области.
14 марта 2004 года избран Губернатором Калужской области на второй срок. В ходе состоявшейся пресс-конференции публично заявил о своей приверженности курсу президента В.В.Путина.
22 июля 2005 года в соответствии с новым порядком формирования исполнительных органов государственной власти Президент Российской Федерации В. В. Путин внес кандидатуру А. Д. Артамонова на рассмотрение Законодательного Собрания Калужской области для наделения его полномочиями Губернатора области.
26 июля 2005 года депутаты Законодательного Собрания области на внеочередной сессии подавляющим большинством голосов приняли решение о наделении А. Д. Артамонова полномочиями губернатора Калужской области на новый пятилетний срок.
10 июня 2010 по предложению Президента РФ Д.А.Медведева депутаты Законодательного Собрания области приняли решение о наделении А.Д.Артамонова полномочиями губернатора Калужской области на новый пятилетний срок.
18 июня 2011 на встрече губернатора А.Д.Артамонова с Председателем Правительства РФ В.В.Путин потребовал увеличения зарплаты учителей в Калужской области до уровня средней зарплаты по экономике в регионе уже в 2011.
27 июля 2011 на встрече губернатора А.Д.Артамонова с начальником МЖД Владимиром Молдавером принято решение о заключении трехлетнего договора о сотрудничестве между Калужской областью и Московской железной дорогой.
Женат. Жена — Артамонова Зоя Иосифовна, начальник управления социальной защиты г.Калуги, Почетный работник Министерства труда и социального развития РФ. Имеет сына и дочь, двух внуков и двух внучек.
Брат губернатора, Сергей Дмитриевич Артамонов, работает водителем автобуса на рейсах Хвастовичи—Калуга.
Доктор экономических наук. Действительный член Петровской Академии наук и искусств.