Γεννήθηκε στο χωριό Αξός Μυλοποτάμου του Ρεθύμνου μεταξύ των ετών 1580 και 1597. Σπούδασε Αρχαία Ελληνική Φιλολογία, Φιλοσοφία και Θεολογία. Ομιλούσε ελληνικά και λατινικά και διακρινόταν για τη γενικότερη μόρφωσή του, το κήρυγμά του και την ποίηση που έγραφε. Μελετούσε την Αγία Γραφή, και μάλιστα μετέφρασε μέρος της στα νέα ελληνικά. Στη Μονή Ιβήρων σώζεται σήμερα και μετάφραση του Ψαλτηρίου που έκανε ο ίδιος.
Ο πατέρας του Γεώργιος ήταν επιστήμονας και εκδότης, ενώ ο μεγαλύτερος του αδελφός Ευστάθιος ήταν φυσικός. Έζησε κατά την Ενετοκρατία, για διάστημα 26 χρόνων στη Μονή Αρκαδίου, όπου έλαβε την εκπαίδευση του.
Το Μάρτιο του 1634 εξελέγη Πατριάρχης Κωνσταντινουπόλεως με τη βοήθεια του Σουλτάνου, αλλά και λατινοφρόνων και Ιησουητών. Η διάρκεια της πρώτης του Πατριαρχίας δεν είναι γνωστή. Εκθρονίστηκε πάντως συντομότατα (ίσως και εντός έτους) και επέστρεψε στο Άγιο Όρος. Διέμεινε στο αρχαίο μονύδριο του Ξύστρου, το οποίο βρισκόταν κοντά στις Καρυές, το οποίο και μεγάλωσε με προσωπική εργασία. Είναι η σημερινή Σκήτη του Αγίου Ανδρέα, της οποίας θεωρείται κτήτωρ. Από εκεί επεδίωξε τη βοήθεια του Πάπα, για να επανέλθει στο Θρόνο του. Το 1635 βρέθηκε στη Βενετία, από όπου κατηγορούσε τον Πατριάρχη Κύριλλο Λούκαρι ως αιρετικό, αλλά και τον Πάπα που δεν τον βοηθούσε.
Το 1639 ο Πατριάρχης Παρθένιος Α΄ του παραχώρησε τη Μητρόπολη Θεσσαλονίκης και τη Μονή Βλατάδων. Το 1643 ο Αθανάσιος μετέβη στη Μολδαβία και στη Βλαχία, όπου κέρδισε τη συμπαράσταση του τοπικού ηγεμόνα και αναρριχήθηκε εκ νέου στον Πατριαρχικό Θρόνο το 1652 για δεκαπέντε ημέρες. Αν και αναφέρεται ότι τάχθηκε υπέρ της ένωσης με τη Ρωμαιοκαθολική Εκκλησία,[1] εντούτοις την ημέρα της εκθρόνισής του έβγαλε κήρυγμα με βάση το χωρίο «Σῦ εἰ Πέτρος καὶ ἐπὶ ταύτῃ τῇ πέτρᾳ οἰκοδομήσω μου τὴν Ἐκκλησίαν» και αντέκρουσε τα επιχειρήματα που συνιστούν το παπικό πρωτείο. Το κήρυγμά του αυτό προκάλεσε τη μήνι των λατινοφρόνων, με προεξάρχοντα τον Αθανάσιο τον Κύπριο, ο οποίος το 1655 κυκλοφόρησε πραγματεία με τον τίτλο «Ἀντιπατελάριον».
Μετά τη νέα έκπτωσή του από το Θρόνο, ο Αθανάσιος μετέβη στη Ρωσία και αργότερα στο Ιάσιο της Ρουμανίας. Στη Ρωσία άσκησε σημαντικό ιεραποστολικό έργο και αντιλατινική δράση, πράγμα που δικαιολογεί και την ιδιαίτερη τιμή των Ρώσων στο πρόσωπό του. Απεβίωσε στις 5 Απριλίου1654 στη Μονή Μεταμορφώσεως του Σωτήρος του Λούμπνι, στο Χάρκοβο της Ουκρανίας, όπου ενταφιάστηκε καθήμενος, κατά το τυπικό της Ανατολικής Εκκλησίας. Ο τάφος του υπήρξε πηγή αγιάσματος και ιαμάτων.
Η Ρωσική Εκκλησία αναγνώρισε την αγιότητά του το 1662, οπότε έγινε ανακομιδή των λειψάνων του. Η Μονή του Λούμπνι μετατράπηκε σε φυλακή το 1917 και σε στρατόπεδο το 1937. Το σκήνωμα του Αθανασίου Πατελάρου διασώθηκε στην αποθήκη ενός μουσείου. Το 1990 αποδόθηκε και πάλι στη Ρωσική Εκκλησία και διατηρείται στο Χάρκοβο της Ουκρανίας. Τμήμα του ιερού Λειψάνου του μετακομίστηκε στη γενέτειρά του στις 21 Αυγούστου 1993 και έκτοτε καθιερώθηκε εορτή της Μετακομιδής των Λειψάνων του, που εορτάζεται στην Αξό Μυλοποτάμου. Η Ορθόδοξη Εκκλησία τιμά τη μνήμη του στις 18 Ιανουαρίου και στις 2 Μαΐου.
Ιστορία της τιμητικής του
Στις 1 Φεβρουαρίου 1662, υπάρχει μαρτυρία του μητροπολίτη ΓάζαςΠαΐσιου Λιγαρίδη όταν επισκέφθηκε τη Μονή στο Λούμπνι, ο οποίος είχε ως όραμα τον Αθανάσιο στον ύπνο του, τα άφθαρτα κειμήλια του αγίου μεταφράστηκαν κατά την ημερομηνία αυτή. In 1672, ο Τσάρος ζήτησε από τον ποδυάχυ Μ. Σαβίν να διερευνήσει τα θαύματα από τα κειμήλια του αγίου. Κατά τον 18ο αιώνα, χειρόγραφα της αγιογραφίας του και των κανόνων του προστατεύτηκαν στη μονή του Λούμπνι.
Το 1818, ο Μεθόδιος (Πισνιατσέβσκι), αρχιεπίσκοπος Πολτάβας, έκανε αίτηση στην Ιερά Σύνοδο για την αγιοποίηση του Αθανασίου, αλλά η αίτηση του απορρίφθηκε. Όμως η τιμητική του αγίου και τα καταγεγραμμένα θαύματα συνεχίστηκαν. Κατά τη δεκαετία του 1860, ο εκκλησιαστικός ιστορικός Αντρέι Νικολάγιεβιτς Μουράβιοβ δημιούργησε μια νέα αγιογραφία του Αθανασίου με παραδείγματα από θαύματα του.
Η ιστορία της αγιοποίησης του Αθανασίου είναι ασαφής, αλλά η επίσημη αναγνώριση του ξεκίνησε από τη Ρωσική Εκκλησία στα τέλη του 19ου αιώνα, αν και ο Ευγένιος Γκολουμπίνσκι μέσω των έργων του απέδειξε πως η αναγνώριση του πραγματοποιήθηκε μεταξύ 1672 και 1676 υπό του Ιωσήφ (Νελιούμποβιτς-Τουκάλσκυ), μητροπολίτη Κιέβου (του Οικουμενικού Πατριαρχείου Κωνσταντινούπολης).
Το 1922, ο καθεδρικός ναός της Μεταμόρφωσης, συμπεριλαμβανομένου και του ασημένιου θρόνου του αγίου, λεηλατήθηκε από τους Μπολσεβίκους. Τα απομεινάρια μεταφέρθηκαν στο Χάρκοβο τη δεκαετία του 1930. Εν τέλει προστατεύτηκαν στον Καθεδρικό Ναό Ευαγγελισμού της πόλης το 1947.