Augusts Kirhenšteins bija otrais bērns 11 bērnu ģimenē. Tēvs Mārtiņš un māte Baba (dzimusi Lūkina) bija Valtenbergas muižas kalpi (Mazsalacā). Tēvs strādāja par pārcēlāju, pēc tam izvadāja pastu, bet aptuveni 1887. gadā kļuva par Prāmja jeb Āžu kroga nomnieku Mazsalacā. Viņš centās dot pēc iespējas labāku izglītību saviem dēliem. Augusts skolas gaitas uzsāka 1882. gadā Valtenbergas pagastskolā. No 1884. gada līdz 1886. gadam mācījās Mazsalacas draudzes skolā, bet no 1886. gada līdz 1892. gadam – Aleksandra ģimnāzijā Rīgā. 1893. gadā uzsāka studijas Veterinārijas institūtā Tērbatā (igauņu Tartu Veterinaariainstituut, vācu Kaiserliche Veterinair-Institut zu Dorpat; tagad Tartu), kuru absolvēja 1901. gadā ar zelta medaļu. Studiju laikā bija vairāki pārtraukumi, acīmredzot materiālu grūtību dēļ. Studiju laikā sācis nodarboties ar zinātni, par studentu konkursa darbu saņēmis sudraba medaļu. Pēdējos studiju semestros strādājis par Piensaimniecības bakterioloģijas nodaļas palīgasistentu, pētījis piena tīrību Tērbatā. Atrodoties emigrācijā Šveicē, klausījies lekcijas Cīrihes universitātē (Universität Zürich) bakterioloģijā, piena izmeklēšanā, zooloģijā un socioloģijā. 1923. gadā bija pirmais, kas Latvijas teritorijā un jaundibinātajā Latvijas Universitātē (LU) aizstāvēja disertāciju “Baktēriju iekšējā uzbūve un attīstība” un ieguva doktora grādu agronomijā. Neatkarīgās Latvijas zinātniekiem pēc Otrā pasaules kara bija jāiziet agrāk iegūto zinātnisko grādu pāratestācija un pielīdzināšana Padomju Sociālistisko Republiku Savienībā (PSRS) pastāvošajai grādu sistēmai. A. Kirhenšteinu 1945. gadā pāratestēja kā bioloģijas zinātņu doktoru.

1902. gadā A. Kirhenšteins sāka strādāt par veterinārārstu Valmierā, bet no 1903. gada līdz 1905. gadam – Limbažos. Vienlaicīgi ar praktisko darbību viņš aktīvi iesaistījās zemnieku izglītošanā par racionālas lopkopības jautājumiem. 1905. gadā publicēja grāmatu “Ievads piensaimniecībā”. Aktīvi piedalījās 1905. gada revolūcijā, soda ekspedīcija meklēja viņu kā aktīvu aģitatoru un aizmuguriski piesprieda nāvessodu. A. Kirhenšteinam izdevās aizbēgt uz Somiju, un 1906. gada sākumā viņš devās uz Šveici. Tur viņš iepazinās ar Raini un Aspaziju, kļuva par Cīrihes Sociāldemokrātiskās strādnieku apvienības biedru. Par galveno iztikas avotu kļuva populārzinātnisku rakstu publicēšana Latvijas presē. A. Kirhenšteinam piemita prasme uzskatāmi un vienkārši izklāstīt veterinārmedicīnas, bakterioloģijas un citu nozaru problēmas, nezaudējot neko no zinātniskuma. Viņš uzrakstīja arī vairākas izglītojošas grāmatas. “Lopārstniecība” tika publicēta 1914. gadā un piedzīvoja vairākus izdevumus. Pārējie manuskripti gāja zudumā, tos nosūtot uz Latviju Pirmā pasaules kara sākumā. A. Kirhenšteins un viņa dzīvesbiedre Alma slimoja ar tuberkulozi. 1911. gadā veselības stāvokļa pasliktināšanās dēļ viņš pārcēlās uz Davosu, kur A. Kirhenšteinam izdevās iegūt Tuberkulozes pētniecības institūta asistenta darbu pie bakteriologa, Roberta Koha (Heinrich Hermann Robert Koch) skolnieka Karla Špenglera (Carl Spengler), kura vadībā A. Kirhenšteins pētīja tuberkulozes mikobaktērijas. Viņš neveiksmīgi mēģināja iegūt darbu tā laika vadošajā mikrobioloģijas pētniecības iestādē – Pastēra institūtā (Institut Pasteur) Parīzē. Tālākos plānus izjauca Pirmā pasaules kara sākšanās. A. Kirhenšteins pieteicās armijā Serbijas konsulātā Ženēvā un dienēja serbu armijā par veterinārārstu un bakteriologu. 1915. gada novembrī Serbija cieta sakāvi, to okupēja Austroungārijas karaspēks. A. Kirhenšteins atgriezās Šveicē, kur strādāja Ženēvas universitātes Medicīnas fakultātes Higiēnas institūtā un vēlāk Lugāno pilsētas Ķīmijas un bakterioloģijas laboratorijā. 1917. gada rudenī A. Kirhenšteins atgriezās Latvijā. 1917. gada oktobrī viņš kļuva par Vidzemes Zemes padomes Veterinārās un Sanitārās nodaļas vadītāju (Valkā). Vācu okupācijas laikā dzīvoja Mazsalacā. Padomju Latvijas pastāvēšanas laikā no 1919. gada februāra līdz maijam viņš bija Tautas Veselības komisariāta Veterinārās nodaļas vadītājs (Rīgā), kā arī piedalījās Latvijas Augstskolas organizēšanā. Pēc Pētera Stučkas valdības izdzīšanas no Rīgas, 1919. gada jūlijā, A. Kirhenšteins iestājās Latvijas armijā un līdz septembrim bija tās Veterinārās pārvaldes priekšnieks. 

1919. gada rudenī viņš sāka darboties LU. Lauksaimniecības fakultātē viņš izveidoja Mikrobioloģijas laboratoriju, kuru 1922. gadā pārdēvēja par institūtu. 1920. gadā A. Kirhenšteinu ievēlēja par LU docentu, bet 1921. gadā – par vecāko docentu. 1923. gadā pēc disertācijas aizstāvēšanas A. Kirhenšteins ieguva profesora amatu LU. Pēc Jelgavas Lauksaimniecības akadēmijas nodibināšanas 1939. gadā viņš kļuva par tās profesoru. 1923. gadā A. Kirhenšteins kopā ar ārstu un mikrobiologu Egonu Dārziņu nodibināja LU Serumstaciju un kļuva par tās direktoru. Stacijā ražoja serumus (asins preparātus, kurus izmanto dažādu infekcijas slimību diagnostikā), kā arī vakcīnas, bet 1935. gadā apguva insulīna ražošanu. Serumstacijai pievienoja pie Rīgas pilsētas 2. slimnīcas (tagad Paula Stradiņa Klīniskās universitātes slimnīcas) 1914. gadā dibināto Rīgas Pastēra staciju. Kopš 1932. gada Serumstacija kontrolēja visus importētos serumus, vakcīnas un citus biopreparātus. Vairākus Serumstacijas ražotos preparātus eksportēja. A. Kirhenšteins aktīvi darbojās dažādās zinātniskajās biedrībās, piedalījās starptautiskos kongresos un konferencēs.

A. Kirhenšteina zinātnisko interešu centrā izvirzījās infekcijas slimības un imunitātes stiprināšana pret tām – ar sabalansētu uzturu un pienācīgiem higiēniskajiem apstākļiem, vakcināciju (īpaši pret tuberkulozi un difteriju), kā arī nodrošinot pareizu vitamīnu un mikroelementu sastāvu uzturā. Vitamīnu loma imunitātes uzturēšanā 20. gs. 20.–30. gados bija jauns atklājums pasaules medicīnas zinātnē. Šie jautājumi bija svarīgi kā no cilvēka, tā arī no mājdzīvnieku labklājības viedokļa, tomēr profesora interesēs arvien vairāk dominēja cilvēka veselības problēmas. Ja darbības sākumā A. Kirhenšteinu vairāk interesēja uzturlīdzekļu higiēnas jautājumi, tad laika gaitā viņš vairāk pievērsās uzturlīdzekļu bioloģiskajai vērtībai un pareiza uztura problēmām. A. Kirhenšteins kritizēja latviešu ēšanas paradumus, jo pat laucinieku uzturā maz tika izmantoti svaigi augļi un dārzeņi – vitamīnu un sārmaino minerālvielu avots, kā arī zivis, bet pārlieku daudz tika patērēta gaļa, turklāt sālītā, žāvētā, ceptā veidā. Pats viņš bija kļuvis par veģetārieti. 1929. gadā A. Kirhenšteins kļuva par “Jaunāko Ziņu” veselības nodaļas vadītāju. Viņš publicēja daudzus populārzinātniskus rakstus un uzstājās ar priekšlasījumiem, kā arī publicēja grāmatas (piemēram, “Vitamīni un citas uzturvielas organisma aizsardzībā pret infekcijām”, 1936). 

Līdztekus zinātniskajai un populārzinātniskajai darbībai A. Kirhenšteins bija politiski un sabiedriski aktīvs. 1925. gadā viņu ievēlēja par Rīgas pilsētas domnieku no pilsoniskās Sabiedriski kulturālās apvienības saraksta. 1931. gadā 3. Saeimas vēlēšanās viņš kandidēja no Marģera Skujenieka vadītā Progresīvā bloka saraksta Rīgas apgabalā, bet netika ievēlēts. 1937. gadā tika ievēlēts par PEN kluba (PEN International) Latvijas nodaļas vadītāju. Studējot Tērbatā, bijis studentu korporācijas “Fraternitas Dorpatensis” biedrs, bet LU kļuvis par kreisi orientētās studentu biedrības “Zemgalija” filistru.

Nevar teikt, ka Latvijas valsts nebūtu novērtējusi A. Kirhenšteina akadēmisko, politisko un sabiedrisko darbību. 1927. gadā valsts viņam kā 1905. gada revolūcijas dalībniekam piešķīra Vīķu muižas centru pie Salacas upes. Viņš bija apbalvots ar Triju Zvaigžņu ordeni (III un IV šķira; 1929. un 1926.). 

Pēc 1940. gada 17. jūnijā notikušās Latvijas okupācijas no 21. jūnija līdz 21. jūlijam A. Kirhenšteins bija Ministru prezidents un ārlietu ministra vietas izpildītājs, pēc tam līdz 25. augustam – Valsts prezidenta amata izpildītājs. A. Kirhenšteins esot stāstījis, ka uzaicinājumu kļūt par PSRS marionešu valdības vadītāju esot negaidīti saņēmis 19. jūnijā. Tā kā līdz šim laikam vēsturnieku rīcībā nav dokumentu, kas atspoguļo, kādu motīvu vadīts PSRS emisārs Andrejs Višinskis (Андрей Януарьевич Вышинский) šo amatu piedāvāja tieši viņam, un vai ir bijušas alternatīvas kandidatūras, šā apgalvojuma patiesumu nevar pārbaudīt. 

Neatkarīgi no tā, vai A. Kirhenšteina uzaicināšana ministru prezidenta amatā bija iepriekš nolemta vai arī tika improvizēta uz vietas, padomju izlūkdienestiem viņš bija labi zināms un viņa personība bija pietiekami izpētīta. Kopš 1930. gada viņš darbojās 1929. gada dibinātajā Latvijas kultūras tuvināšanās biedrībā ar PSRS tautām. 1934. gadā bija biedrības vadītājs, bet pēc Kārļa Ulmaņa apvērsuma viņu nomainīja, acīmredzot uzskatot par nepietiekami lojālu. Viņš turpināja uzturēt draudzīgas attiecības ar PSRS sūtniecības darbiniekiem un darboties biedrībā. 1939. gadā kā biedrības aktīvists kopā ar rakstnieku Valdi Grēviņu apmeklēja Maskavu, kur iepazinās ar PSRS pirmo lauksaimniecības izstādi, turklāt viņam tika izrādīta daudz lielāka uzmanība nekā ceļabiedram. Pēc atgriešanās A. Kirhenšteins “Jaunākajās Ziņās” publicēja jūsmīgu rakstu sēriju par padomju lauksaimniecību.

No padomju emisāru viedokļa A. Kirhenšteins acīmredzot bija pietiekami atbilstošs, lai pildītu funkciju, kas no viņu viedokļa bija vairāk reprezentatīva un reālos notikumus maskējoša. Viņa uzdevums bija paklausīgi pildīt norādījumus, un viņiem nenācās vilties. A. Kirhenšteins bija samērā labi pazīstams sabiedrībā, turklāt viņam bija demokrāta reputācija, kas palīdzēja uzturēt ilūziju, ka jaunā valdība atjaunos demokrātisku politisko režīmu. Jaunais valdības vadītājs turklāt prata labi ģērbties, bija asprātīgs un reprezentēja racionāli domājoša, praktiskās dzīves problēmas izprotoša profesora tipāžu. Iespaidu bojāja fizisks trūkums – spalgā balss ar metālisku pieskaņu, kas bija jaunībā pārciestās balsenes tuberkulozes sekas. 

Ir izteiktas dažādas hipotēzes par motīviem, kas lika A. Kirhenšteinam pieņemt A. Višinska priekšlikumu. Trīs no tām šķiet iespējamākās. Pirmā – politiska pārrēķināšanās vai pat naivitāte, jo viņš, tāpat kā igauņu un lietuviešu kolaboracionisti, acīmredzot bija noticējis padomju pārstāvju apgalvojumiem, ka tiks īstenots t. s. Mongolijas variants, respektīvi, Latvija saglabās iekšēju autonomiju, PSRS kontrolējot tās ārējo un aizsardzības politiku. Turklāt iespējams, ka A. Kirhenšteinu, tāpat kā citus politiķus un sabiedriskos darbiniekus, padomju emisāriem izdevās maldināt ar apgalvojumiem, ka PSRS prasības par valdības maiņu ir vērstas tikai pret K. Ulmaņa režīmu, ka tiks atjaunota demokrātiska Latvijas Republika.

Otrā hipotēze – nepiepildīta godkāre, vēlme ieiet vēsturē un aizvainojums pret K. Ulmaņa valdību par to, ka viņa ieguldījums nav pietiekami novērtēts un zinātniskā darbība netiek pietiekami atbalstīta. 

Trešā hipotēze – ir izteiktas aizdomas par to, ka A.Kirhenšteinam ir pastāvējuši jau agrāki sakari ar padomju izlūkdienestu, jo viņa brālis Rūdolfs līdz Lielajam teroram PSRS ieņēma augstu posteni militārās izlūkošanas dienestā. A. Kirhenšteins apgalvoja, ka pēdējo reizi brāli esot saticis 1918. gada februārī Valkā, tomēr var pieļaut, ka viņi ir uzturējuši kontaktus arī vēlāk. Padomju Savienībā dzīvoja četri Augusta brāļi: Arnolds, Ērmanis, Oskars, Rūdolfs. Atšķirībā no Rūdolfa, pārējie brāļi bija tehniski speciālisti – galvenais mehāniķis, rūpnīcas ekonomists, rūpnīcas elektrostacijas priekšnieks. Visi četri brāļi gāja bojā Lielajā terorā – trīs tika nošauti, bet Oskars mira cietumā. Par brāļu likteni Augusts esot uzzinājis tikai 1940. gada augustā. Pat ja A. Kirhenšteina nostājas veidošanā brāļa lomas nebija, pilnīgi iespējams, ka, tāpat kā daļa inteliģences pārstāvju, viņš simpatizēja PSRS, un ģimenes saites to tikai pastiprināja. Katrā ziņā, A. Kirhenšteina darbībai Latvijas kultūras tuvināšanās biedrībā ar PSRS tautām un visai aktīvajai komunikācijai ar padomju diplomātiem un žurnālistiem bija būtiska loma viņa kandidatūras izvēlē.

Pēc aneksijas, kas notika 1940. gada 5. augustā, A. Kirhenšteins tika atalgots ar Latvijas Padomju Sociālistiskās Republikas (LPSR) Augstākās padomes (AP) Prezidija priekšsēdētāja posteni (26.08.1940.–10.06.1952.). No 1941. gada līdz 1952. gadam, tāpat kā citi republiku augstāko padomju prezidija priekšsēdētāji, pildīja PSRS AP Prezidija priekšsēdētāja pienākumus. 1941. gadā A. Kirhenšteinu uzņēma Latvijas Komunistiskajā partijā (LKP). Pēc Latvijas atkārtotas padomju okupācijas no 1949. gada līdz 1952. gadam viņš bija LKP Centrālās Komitejas (CK) biroja loceklis. LKP CK loceklis (1949–1963).

Augstie amati deva iespēju piepildīt zinātniskās ambīcijas. 1940. gada septembrī viņš kļuva par Latvijas Valsts Universitātes (LVU) Veterinārmedicīnas fakultātes Higiēnas katedras vadītāju. Novembrī viņu apstiprināja par Eksperimentālās veterinārās medicīnas institūta direktoru, bet institūts nepaspēja izvērst savu darbību. Kara sākums pārtrauca arī iesāktos priekšdarbus PSRS Zinātņu akadēmijas (ZA) Latvijas filiāles un tai piekritīgā Vitamīnu institūta organizēšanai.

Kara laikā A. Kirhenšteins evakuējās uz Maskavu. Tur jūlija sākumā pirmajā lielajā vācu aviācijas uzlidojumā LPSR pārstāvniecībā Čapligina ielā aviācijas bumbas sprādzienā gāja bojā viņa otrā sieva Olga Kirhenšteine-Jansone, bet A. Kirhenšteinu ievainoja. Pēc tam A. Kirhenšteins dzīvoja Kirovā (agrāk Vjatka), Kstiņinā, pēc tam atkal Maskavā. 

Līdztekus politiskajām funkcijām A. Kirhenšteins pēckara gados ieņēma virkni akadēmisku amatu. No 1944. gada līdz 1951. gadam viņš vadīja LVU Medicīnas fakultātes (kopš 1950. gada – Rīgas Medicīnas institūta, tagad Rīgas Stradiņa universitāte, RSU) Mikrobioloģijas katedru. 1946. gadā tika nodibināts ZA Mikrobioloģijas institūts, kura direktors A. Kirhenšteins bija līdz 1962. gadam. Serumstaciju iekļāva institūta sastāvā kā tā struktūrvienību. No 1951. gada līdz 1958. gadam viņš bija arī LPSR ZA viceprezidents. 

Akadēmiķis Jānis Stradiņš uzskatīja, ka A. Kirhenšteina nopelns ir bijis tas, ka ZA pirmajos pēckara gados “veco” neatkarīgās Latvijas laika zinātnieku vajāšanas nebija pārāk aktīvas. Tomēr no 1949. gada līdz 1950. gadam, kad notika kampaņas pret zinātniekiem, kuriem pārmeta klanīšanos Rietumu zinātnes priekšā un nepietiekamu lojalitāti, arī A. Kirhenšteins vairs nebija neaizskarams. LKP CK ideoloģiskais sekretārs Arvīds Pelše rakstīja, ka Mikrobioloģijas institūtā ar A. Kirhenšteina tiešu atbalstu esot “ieperinājušies buržuāziskie nacionālisti”. Viņam piebalsoja jaunie karjeristi ZA partijas organizācijā, apgalvojot, ka “Mikrobioloģijas institūts ir īsta Ulmaņa ligzda”, bet pats A. Kirhenšteins – “buržuāziskā nacionālisma simbols”.

1952. gadā A. Kirhenšteinu atbrīvoja no AP Prezidija priekšsēdētāja amata, ko var izskaidrot kā ar viņa vecumu, tā arī ar LPSR vadības neapmierinātību ar dažām viņa politiskās uzvedības izpausmēm. Līdz 1962. gadam viņš bija Prezidija loceklis. Vismaz formāli A. Kirhenšteina statuss netika apstrīdēts. Padomju vara ar apbalvojumiem neskopojās. 1945. gadā viņš ieguva Latvijas PSR Nopelniem bagātā zinātnieka goda nosaukumu. 1957. gadā A. Kirhenšteinam piešķīra augstāko civilo apbalvojumu – Sociālistiskā Darba Varoņa nosaukumu. Viņu apbalvoja ar 6 Ļeņina ordeņiem, 3 Darba Sarkanā Karoga ordeņiem un Tēvijas kara I pakāpes ordeni. A. Kirhenšteins saņēma arī vairākus ārzemju ordeņus, t. sk. Francijas Goda leģiona ordeni. 1954. gadā viņš saņēma PSRS ZA N. Gamaleja prēmiju (премия имени Гамалеи).

No 1940. gada līdz 1941. gadam un arī pēckara gados A. Kirhenšteins sabiedrības uztverē bija viens no lielākajiem kolaboracionistiem. Simboliski tas apstāklis, ka A. Kirhenšteins vadīja delegāciju, kas 1940. gada 5. augustā “lūdza uzņemt” Latviju PSRS sastāvā, izraisīja naidu un pat apsmieklu. Naids bija patiess, un tas acīmredzot bija galvenais iemesls tam, ka vācu okupācijas laikā arestēja un nošāva viņa brāļameitu ārsti Lidiju Kirhenšteinu.

Pēckara gados un it īpaši pēc nāves Kirhenšteina kolaboracionista tēls pabalēja. No vienas puses, to noteica tas, ka 20. gs. 40.–50. gadu mijā viņš zināmā mērā bija kritis nežēlastībā – ne tikai zinātniskās darbības dēļ, bet arī tādēļ, ka atļāvās reizēm nerēķināties ar padomju funkcionāram piedienīgām politiskās uzvedības normām. Laikā no 1950. līdz 1952. gadam, kad Jāņu svinēšana bija aizliegta, AP Prezidija priekšsēdētājs liedagā pie vasarnīcas kūris Jāņu ugunskuru un cienājis viesus ar alu. A. Kirhenšteins kaut kādā ziņā iemiesoja vieglu opozīciju padomju režīmam, kas izpaudās ne tik daudz politiskajos uzskatos, bet gan dzīvesstilā, intelektuālās vērtībās, uzvedības normās, kuras bija svešas lielākajai daļai padomju funkcionāru, bet kuras ar nostalģiju atcerējās neatkarīgās Latvijas laika kultūras darbinieki. 

No otras puses, A. Kirhenšteina pozitīvo tēlu visai intensīvi kopa viņa skolnieki – mikrobiologi un uzturzinātnieki. Viņi uzsvēra ieguldījumu zinātnē, cildināja kā Latvijas mikrobioloģijas patriarhu. Pēc A. Kirhenšteina nāves 1964. gadā Mikrobioloģijas institūtu nosauca viņa vārdā. 1971. gadā LPSR ZA iedibināja A. Kirhenšteina prēmiju bioloģijas zinātnē. 1986. gadā Mazsalacā atklāja A. Kirhenšteina pieminekli.

Neatkarības atjaunošanas laikā A. Kirhenšteina kolaboracionisms bija viens no aktuālajiem tematiem, diskutējot par Latvijas okupāciju un aneksiju. Tika publicēts liels skaits atmiņu, dokumentu un citu materiālu, kas atspoguļoja A. Kirhenšteina lomu. Radikāli negatīva attieksme izpaudās, kad 1990. gadā A. Kirhenšteina piemineklis Mazsalacā kādu nakti bija pazudis no postamenta un tika atrasts Velna alā Salacas krastā. Tomēr kolaboracionisma nosodījums nebija konsekvents, zinātniskie nopelni tika atdalīti no A. Kirhenšteina politiskās darbības. Lai gan A. Kirhenšteina vārdā nosauktā ZA prēmija tika likvidēta (pēdējo reizi to piešķīra 1992. gadā), viņa vārds līdz 2018. gadam bija iekļauts RSU Mikrobioloģijas un virusoloģijas institūta nosaukumā.