Александр Сергеевич Мишарин родился 21 января 1959 года в семье железнодорожника. Учился в артемовской школе № 56. В 1981 году окончил электромеханический факультет Уральского электромеханического института инженеров железнодорожного транспорта. В 1997 году получил второе высшее образование в Уральской государственной академии путей сообщения. В 1999 году стал кандидатом экономических наук, с 2005 - доктор технических наук.
В 1981 - 1989 годах работал в службах энергоснабжения Свердловской железной дороги. В 1989 - 1991 годах - главным инженером энергоснабжения Екатеринбургского метрополитена. После пуска метрополитена в эксплуатацию в апреле 1991 года вернулся на Свердловскую железную дорогу на должность заместителя начальника службы энергоснабжения дороги, в том же году стал начальником службы. В 1996 - 1998 годах работал главным инженером Свердловской железной дороги. В 1998 году получил знак «Почетный железнодорожник».
20 июля 1998 года назначен заместителем министра путей сообщения, с 14 июля 2000 года - первый заместитель министра. 15 мая 2002 года стал начальником Свердловской железной дороги и членом коллегии Министерства путей сообщения Российской Федерации. В 2003 году Мишарин был награжден орденом Святого благоверного князя Даниила Московского III степени. В этом же году стал лауреатом Государственной премии Российской Федерации в области науки и техники.
В марте 2004 года был одним из лидеров списка «Единой России» на выборах Областной думы Законодательного собрания Свердловской области. С 2004 года - директор Департамента комплексного развития инфраструктуры Министерства транспорта, с июня 2004 года по март 2009 года - заместитель министра транспорта. Возглавлял совет директоров ОАО «Авиакомпания «Красноярские авиалинии» и Новороссийского морского пароходства. В 2005 - 2008 годах был членом совета директоров ОАО «Российские железные дороги».
С 5 февраля 2009 года - действительный государственный советник Российской Федерации 2-го класса. В марте 2009 года назначен директором Департамента промышленности и инфраструктуры аппарата правительства.
В августе 2009 года выдвинут партией «Единая Россия» одним из трех кандидатов на пост губернатора Свердловской области. 10 ноября 2009 года президент Дмитрий Медведев внес в Областную думу кандидатуру Мишарина на утверждение в должности губернатора. 17 ноября Мишарин был утвержден на пост губернатора 47 из 49 депутатов Законодательного собрания Свердловской области. 23 ноября приведен к присяге в качестве губернатора. Член генерального совета партии «Единая Россия». Получил медаль П.А. Столыпина II степени за заслуги в решении стратегических задач по развитию промышленного потенциала страны и многолетний добросовестный труд.
В качестве замминистра транспорта РФ возглавлял Комиссию по транспорту оргкомитета по поддержке выдвижения Сочи на проведение Олимпиады. Под его руководством разработана концепция транспортной инфраструктуры для подготовки и проведения Олимпийских и Параолимпийских игр 2014 года и развития Сочи как горноклиматического курорта.
Возглавлял работу группы по разработке Стратегии развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 года и федеральной целевой программы «Развитие транспортной системы России на 2010 - 2015 гг.».
Лауреат премии имени Черепановых, ежегодно вручаемой в Свердловской области за достижения в области науки. Получил медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени.
Соавтор книги «Жизнь и судьба моя - железная дорога: очерки о династиях и людях Свердловской магистрали». Активный пользователь социальных сетей. Ведет блог.
Женат, двое детей.
Читать интервью "Комсомольской правды" с Александром Мишариным