Александра Харитонова родилась 3 мая 1922 года в селе Широкоис Иссинского района Пензенской области в крестьянской семье. В 1926 году семья переехала в Московскую область на станцию Вишняки Казанской железной дороги, а затем в Москву. В 1936—1938 годах занималась в пионерском ансамбле песни и пляски под руководством С. О. Дунаевского.

После школы в 1939 году поступила на актёрский факультет ВГИКа. В 1941 году вместе с институтом эвакуировалась в Алма-Ату, после возвращения закончила его в 1943 году. После окончания ВГИКа работала на киностудии «Мосфильм», а затем Театра-студии киноактёра, где работала до ухода на заслуженный отдых в 1983 году. Была замужем за Гургеном Тавризяном, ставшим впоследствии деканом актёрского факультета ВГИКа.

В кино дебютировала в 1940 году, будучи студенткой ВГИКа, в фильме Льва Кулешова «Сибиряки». В 1950-х годах сыграла свои наиболее значительные роли: Людмила Осьмухина в «Молодой гвардии» (1948), Шура в «Сельском враче» (1951), Шурочка в «Дело было в Пенькове» (1957). После этого долго не снималась, играла в Театре киноактёра, занималась озвучанием. В 1970—1980 годах вернулась в кино, играла небольшие характерные роли.

Умерла 18 июля 2009 года. Похоронена вместе с мужем на Даниловском кладбище.