В 1891 году защитил диссертацию на степень магистра химии, и в том же году физико-математическим факультетом ему было поручено чтение аналитической химии в качестве приват-доцента. В 1895 году защитил диссертацию на степень доктора химии и в 1896 году занял в Санкт-Петербургском университете кафедру технологии и технической химии. Преподавал также в Санкт-Петербургском технологическом институте (1897—1910) и на Высших женских курсах (1900—1918).
За время своей учёной деятельности напечатал ряд работ по исследованию изомерных превращений в рядах непредельных углеводородов, за которые Русским физико-химическим обществом удостоен премии имени H. H. Соколова. В 1939 году предложил метод синтеза изопрена на основе ацетилена и ацетона через ацетиленовый спирт и винилдиметилкарбинол. В 1906 году разработал способ синтеза диоксана. Предложил метод синтеза α-карбинолов ацетиленового ряда на основе кетонов, а также виниловых эфиров на основе ацетилена и спиртов.
Учёные труды А. Е. Фаворского напечатаны в «Журнале Русского физико-химического общества» (с 1901 года состоял редактором этого журнала): «Изомеризация однозамещенных ацетиленов при нагревании со спиртовой щелочью» (XIX, 414; на нем. языке в «Journal für praktische Chemie», 37, 382); «Изомеризация двузамещенных ацетиленов и диметилаллена под влиянием металлического натрия и синтез ацетиленкарбоновых кислот» (XIX, 553; на нем. языке, там же, 37, 417); «Действие металлического натрия на этилпропилацетилен» (XX, 445); «Действие спиртовой щелочи на аллилен» (XX, 518; то же на нем. яз., там же, 37, 531); «О диметилацетилене и его тетрабромюре» (XXII, 43; на нем. языке, там же, 42, 143); вместе с К. И. Дебу: «О геометрической изомерии бромопроизводных псевдобутилена» (XXII, 436; пер. на нем. яз., там же, 42,149); «Действие спиртовой щелочи на аллен и диэтиленовые углеводороды» (XXIII, 290; на нем. языке, там же, 44, 229); вместе с К. А. Красуским: «Действие спиртовой щелочи на дипропаргил» (XXIII, 303; на нем. языке, там же, 44, 229); «Исследование изомерных превращений в рядах карбонильных соединений, охлоренных спиртов и галоидозамещенных окисей» (XXVI, 559, XXII, 8; на нем. яз., там же, 51, 533) и др. Изобрёл особую колбу, которая называется колбой Фаворского.
АкадемикАН СССР (1929), член-корреспондентАН СССР (1922). А. Е. Фаворский создал школу химиков-органиков. Работы А. Е. Фаворского и его учеников в области непредельных соединений явились теоретической основой промышленного синтеза каучука в СССР.
Герой Социалистического Труда (10 июня 1945) — за выдающиеся научные достижения в области органической химии, в частности за синтез ряда новых органических соединений, а также многолетнюю плодотворную работу в деле подготовки высококвалифицированных кадров химиков
Орден Ленина (10 июня 1945) — за выдающиеся научные достижения в области органической химии, в частности за синтез ряда новых органических соединений, а также многолетнюю плодотворную работу в деле подготовки высококвалифицированных кадров химиков
Орден Ленина (3 марта 1945) — за выдающиеся заслуги в области органической химии, в связи с 85-летием со дня рождения
Орден Ленина (8 декабря 1944) — за выдающиеся заслуги в области развития химической промышленности в СССР и в связи с 25-летием основания Государственного института прикладной химии
Первая жена — Наталья Павловна Дубровина (1863—1908), познакомились в Вологде, где А. Е. Фаворский заканчивал гимназию, живя в доме Дубровиных. Закончила гимназию с золотой медалью. Впоследствии окончила женские врачебные курсы в Петербурге. Выйдя замуж за Алексея Евграфовича, полностью посвятила себя семейным заботам. Умерла от туберкулеза легких.
Сын — Евграф, умер от скарлатины в 1 год и 10 месяцев.
Дочь от первого брака — Татьяна Алексеевна Фаворская (1890, Санкт-Петербург — 1986, Ленинград), профессор Ленинградского государственного университета, доктор химических наук.
Вторая жена — Мария Маркеловна Домброва.
Сын — Алексей (01.03.1914—?)[5]. Жена — Ольга Михайловна Римская-Корсакова (внучка Н. А. Римского-Корсакова).
Дочь — Марина (25.01.1912—08.12.2003)[6], геолог, доктор наук.
Дочь — Ирина. Её муж — Н. А. Домнин, учёный-химик, ректор ЛГУ.
Внук — Иван Никитич Домнин, профессор-химик.
Внучка — Мария Никитична Киселёва (в девичестве Домнина), кандидат наук.
Внук — Игорь Алексеевич (1939—1990) (сын Алексея Алексеевича Фаворского), физик-теоретик, доктор физико-математических наук, доцент кафедры статистической физики физического факультета СПбГУ.
Правнучка Ольга Фаворская (р. 28.08.1974) (дочь Игоря Алексеевича Фаворского), эстрадная певица.
Фаворские. Жизнь семьи университетского профессора. 1890—1953. Воспоминания / Т. А. Фаворская. — СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет, 2019.