Анатолий Артёменко родился на Украине, в селе Старая Кантакузенка (ныне Прибужаны). Его отец, Артёменко Павел Васильевич (1886 — 1973), и мать, Артёменко Мария Марковна (1888 — 1981), были крестьянами, трудились в колхозе. Два старших брата, Иван и Николай, всю войну были на фронте, вернулись в родное село.

В 1934 году, получив неполное среднее образование в сельской школе, Анатолий поступает в Николаевский строительный техникум, по окончании которого работает на одном из заводов конструктором. В 1938 году юноша становится курсантом Херсонской авиационной школы, а через год — инструктором аэроклуба в городе Николаеве. Затем последовало обучение в Херсонской военной истребительной авиашколе, после чего Анатолий становится инструктором 19-й военной авиашколы. С началом войны молодой лётчик рвется на фронт, но его направляют в Куйбышевскую область командиром звена 43-й запасной авиабригады. Он осваивает Ил-2 и обучает молодых пилотов. На повторные рапорты о направлении на фронт ответ короткий: выполняй приказ, ты нужен здесь!

Лишь в мае 1943 года, когда в район базирования запасной авиабригады прилетели его товарищи по учёбе, принимавшие участие в Сталинградской битве, Анатолий Артёменко упросил их «похитить» его, или, иными словами, дезертировал на… фронт. И они на одном из своих самолётов доставили его в 93-й Гвардейский штурмовой авиаполк, который в это время вёл подготовку к Курской битве. В первых же боях сержант Артёменко, назначенный командиром звена, показал себя умелым и бесстрашным воздушным воином. Но беглеца разыскали, в 93-й полк прилетел начальник политотдела. «Дезертира» выручило лишь то, что к этому времени сержанту Артёменко присвоили звание лейтенанта и он уже был удостоен ордена Красного Знамени. Начальнику политотдела ничего не оставалось, как только поздравить бывшего подчинённого с офицерским званием, высокой наградой и вручением гвардейского значка.

Впереди были новые бои, новые боевые награды — уже в качестве командира 1-й эскадрильи, которая в ходе боёв не потеряла ни одного лётчика и в которой четверо отважных пилотов стали Героями Советского Союза. В их числе и капитан Артёменко.

Особо запомнилась Анатолию Павловичу Висло-Одерская операция. Шёл январь 1945 года. Комэска Артёменко вызвал комполка подполковник Шуйский и приказал поднять все 12 самолётов эскадрильи и нанести удар по скоплению немецких войск.

Они взмыли в небо и взяли курс на запад. Вот и означенная на карте точка для штурмового удара. Местность хорошо просматривается, но противника обнаружить не удалось. Возвращаться на аэродром с боеприпасами равносильно невыполнению боевого задания. Единственно возможное решение принято: искать врага. Kомэск приказал лётчикам следовать за ним. Вскоре была обнаружена крепость.

Артёменко снижает самолёт и замечает, что здесь сосредоточены и техника, и живая сила противника. По команде Капитана эскадрилья выстраивается в круг и наносит сокрушительный удар по врагу.

Когда все самолёты вернулись на аэродром, комдив генерал-майор Коломиец приказал построить эскадрилью. Он подошёл к Артеменко и крепко пожал ему руку: «Спасибо, капитан! И от меня, и от командования стрелковой дивизии. Мне только что сообщили, что пехотинцы, поддержанные нашими штурмовиками, заняли крепость».

…Апрель 1945 года. Берлинская операция. На помощь немецким войскам, обороняющим Берлин, прибывает подкрепление. 5-й Гвардейской штурмовой авиадивизии поставлена задача: уничтожить группировку противника. Первой в воздух поднимается эскадрилья Артёменко.

Комэск уточняет цель. «Цель прежняя», — слышит он. И вдруг женский голос: «Ваша цель южнее на 5 километров». Что за наваждение? И снова тот же голос. Тогда Артёменко называет свой пароль, просит указать отзыв. Молчание. Все ясно: это голос врага, попытавшегося сбить эскадрилью, а за ней полк, возможно, и всю дивизию с намеченной цели. Артёменко снижает самолёт над целью. Немецкая колонна в панике. После того, как все «илы» дивизии завершили операцию, от противника не остались и следа…

Последние бои комэск провёл 11 мая в районе Праги, куда дважды вылетал на задания. Война была закончена.

24 июня 1945 года, в день подписания Указа о присвоении Анатолию Павловичу Артёменко звания Героя Советского Союза, он торжественным маршем проходит по Красной площади.

В 1949 году майору А. П. Артёменко предлагают поступить в Военно-Воздушную академию. Но у него открылась язва желудка. Командовать, но не летать? Этого он не допускал и мыслях. Выход был найден: он поступает в Военно-Политическую академию имени В. И. Ленина, и в 1953 году ему вручают диплом об окончании академии с отличием.

Около 3-х лет Артёменко был заместителем командира 448-го штурмового авиационного полка по политчасти. Затем он — инспектор Политуправления ВВС. В 1957-1959 годах был инструктором Отдела административных органов ЦК партии, откуда направляется начальником политотдела истребительного авиационного корпуса Группы советских войск в Германии.

В 1966 году получает звание генерал-майора авиации. И снова Москва. Генерал А. П. Артёменко — заместитель командира и начальник политотдела НИИ авиационной и космической медицины.

В 1970 году Анатолий Павлович направляется в Военно-Политическую академию имени В. И. Ленина начальником авиационного факультета. Через 6 лет он выходит в запас. С этого момента занимается общественной деятельностью. Работал во Всесоюзном обществе «Знание», где возглавлял секцию военно-патриотического воспитания молодёжи. Затем А. П. Артёменко — председатель Совета ветеранов войны и труда микрорайона. В настоящее время живёт в Москве. Главные увлечения — охота и рыбалка.

Награждён орденами: Ленина, Красного Знамени (дважды), Александра Невского, Отечественной войны 1-й и 2-й степеней, Красной Звезды, «За службу Родине в Вооружённых Силах» 3-й степени, орденами ГДР и Румынии; многими медалями.