Народився 9 серпня 1938 року с. Зозів Липовецького району Вінницької області.
У 1956 році закінчив Брусилівську середню школу зі срібною медаллю. А потім продовжив навчання у Київському будівельному технікумі.
По закінченні Київського будівельного технікуму здобував вищу освіту у Київському інженерно-будівельному інституті та інституті народного господарства.
1959-1961 рр. - бетонщик будівельного комбінату Київського облбудтресту, служба в армії, майстер цеху збірного залізобетону того ж будкомбінату.
1961-1980 р.р. - майстер, заступник начальника цеху, начальник цеху, потім - відділу, головний інженер, директор заводу ЗБК №1 домобудівного комбінату №1, головного інженера домобудівного комбінату №1 Головкиївміськбуду.
1980-1987 р.р. - перший заступник начальника – головний інженер Головкиївміськбуду.
1987-1989 рр. - Радник-консультант в Республіці Афганістан.
1989 р. – головний інженер Укрбуду в Вірменській РСР (під час відновлення населених пунктів, зруйнованих землетрусом).
1989-1990 рр. - начальник Управління будіндустрії, промбудматеріалів та стандартизації Держбуду УРСР.
1990-1992 рр. – заступник голови виконкому Київської міськради народних депутатів.
1992-1994 рр. – генеральний директор ДКП Київреконструкція.
1994-1996 р.р. – заступник голови, перший заступник голови Київської міської державної адміністрації.
З серпня 1996 року – голова Київської міської державної адміністрації.
З травня 1999 по квітень 2006 року. – Київський міський голова.
З 1999 до 2006 року був президентом Асоціації міст України.
2007-2012 рр. - народний депутат України VI скликання, пройшов до парламенту за списком блоку Наша Україна – Народна самооборона (за квотою Народної самооборони Юрія Луценка). Голова комітету ВР з питань державного будівництва та місцевого самоврядування.
Восени 2012 року балотувався до Верховної Ради VII скликання по одномандатному округу №220 у Києві, проте за два тижні до виборів подав до ЦВК заяву з проханням зняти його кандидатуру з реєстрації.
З травня 2014 року – депутат Київської міської ради VII скликання.
На виборах міського голови Києва у 2015 році посів 3 місце, набравши 8,47% голосів виборців. Також переобрано депутатом Київської міської ради VIII скликання під першим номером за списком партії Єдність.
За результатами виборів 25 жовтня 2020 року Олександра Омельченка обрано депутатом Київради IX скликання від партії Єдність. Партія Єдність пройшла до Київради, набравши 8,74% голосів. Член постійної комісії з питань дотримання законності, правопорядку та запобігання корупції, член комісії з проведення оцінки корупційних ризиків у діяльності Київської міської ради
Дружина Людмила (1945 р.н.) – за освітою інженер-будівельник. Подружжя виховало двох синів - Яна (1966 р.н.) та Олександра (1968 р.н.). Олександр Омельченко-молодший – двічі народний депутат України (IV та V скликань), був членом фракції Наша Україна.
Герой України (2001 р.).
Нагороджений орденами Пошани (1982 р.) та Трудового Червоного Прапора (1986 р.), Почесною відзнакою Президента України (1996 р.), орденом князя Ярослава Мудрого V ступеня (1998 р.), IV ступеня (1999 р.) та ІІІ ступеня (2006 р.).
Орден Данила Галицького (24 серпня 2013) — за значний особистий внесок у державне будівництво, соціально-економічний, науково-технічний, культурно-освітній розвиток України, вагомі трудові здобутки та високий професіоналізм
«Заслужений будівельник України».
Почесний громадянин Бучі (2002)
Командорський хрест ордена святого Григорія Великого (Ватикан, 11 грудня 2001)
Голова Ради з питань реклами у місті Києві (з липня 2004 р.).
Президент Федерації хокею України.
Президент футбольного клубу «Арсенал».
Член Ради з питань збереження національної культурної спадщини (1997—1998 рр.).
У березні 1998 року обраний депутатом Київської міської ради, а в травні 1998 року — її головою. Обіймав ці посади до квітня 2006 року включно.
Почесний доктор НаУКМА з 2001 р.
21 лютого 2013 року Київрада прийняла рішення про присвоєння Омельченку звання Почесного громадянина Києва.
Указом Президента України № 336/2016 від 19 серпня 2016 року нагороджений ювілейною медаллю «25 років незалежності України».
25 листопада 2021 року Олександр Омельченко помер на 84-му році життя від ускладнень, спричинених коронавірусом.
25.11.2021