Ta lõpetas 1925. aastal Moskva ülikooli (hilisem MRÜ) füüsika-matemaatikateaduskonna ja aastatel 1925–1929 õppis ta aspirantuuris. 1931. aastal sai ta Moskva ülikooli professoriks. 1935. aastal anti talle füüsika-matemaatikadoktori kraad väitekirja kaitsmata. Samal aastal rajas ta MRÜ mehaanika-matemaatikateaduskonna tõenäosusteooria kateedri.[1] Aastal 1946 organiseeris ta NSV Liidu Teaduste AkadeemiaMaa Füüsika Instituudis atmosfäärse turbulentsuse labori. 1980. aastal sai ta MRÜ matemaatilise loogika kateedri juhatajaks ja jäi sellele ametikohale kuni oma surmani 1987. aastal[1].
Töö värsiõpetuse alal
Vene värsiõpetust hakkas Kolmogorov uurima 1943. aastal. Tema esimesed neli artiklit sel teemal ilmusid 1962–1964 ajakirjas Voprossõ Jazõkoznanija. Eesti värsiteoreetiku Jaak Põldmäe hinnangul oli programmiline Andrei Kolmogorovi ja Aleksandr Kondratovi artikkel "Majakovski poeemide rütmika" (1962), mille aluseks Kolmogorovi enda teatel oli Vladimir Nikonovi (1904–1988) artikkel "Majakovski rütmika" (1958). Kogumik Kolmogorovi 16 värsiõpetuslikust artiklist pealkirjaga "Töid värsiõpetusest" ("Труды по стиховедению") ilmus 2015. aastal, mil selle avaldas tema noorem kolleeg ja kaasautor Aleksandr Prohhorov.[2]
Kolmogorovi meetod on esitatud artiklis "Rõhuosakutest kaasaegses vene luules. Üldiseloomustus" (1963). Peeter Oleski iseloomustuse kohaselt on värsskõne Kolmogorovi jaoks alati korrastatum kui proosa ning selle statistikas peab lähtuma sellest, kuidas on värsireas täidetud positsioonid, milles meetrilise eeskirja järgi peaks asuma pearõhuline silp. Kolmogorovi eelduste kohaselt vastab kreeka ja ladina pikale silbile vene keeles pearõhuline silp, kuid enam kui kahesilbilistes sõnades tekib konflikt kaasrõhu ja värsirõhu vahel. Nii tuleb rõhuosakute asukohta värsis uurides loendada silbipositsioonide täidetust meetriliselt range ehk dogmaatilise ja kvaasimeetrilise värsiloome piiril. Kolmogorov kirjeldas piirjuhtumeid, kus meetrilist rutiini murtakse viisil, mida 1960. aastate algul nimetati vabavärsiks lahutatuna neljajalalisestjambist.[2]