Родился 17 апреля 1964 года в Ленинграде. Окончил в 1981 году физико-математическую школу № 30 в Ленинграде. Выпускник Юношеского клуба космонавтики им. Г. С. Титова Ленинградского Дворца пионеров, 1980 год (17 выпуск).

В 1987 году окончил Ленинградский механический институт им. Д. Ф. Устинова по специальности «динамика полёта и управления».

В 1987—1989 годах служил в войсковой части ВМФ в качестве гражданского специалиста.

С 1989 года работает в НПО «Энергия». Являлся специалистом Главной оперативной группы управления орбитальной станцией «Мир».

С 1999 по 2003 год — сменный руководитель полёта в Центре управления полётами.

После прохождения обследования в ИМБП 12 сентября 2002 года был признан годным к спецтренировкам и 29 мая 2003 года зачислен в отряд космонавтов РКК «Энергия».

С июня 2003 по июнь 2005 г. проходил общекосмическую подготовку, после чего успешно сдал государственные экзамены.

5 июля 2005 года Андрею Борисенко присвоена квалификация космонавта-испытателя.

В сентябре 2008 года был назначен бортинженером в составе дублирующего экипажа корабля «Союз ТМА-19» и долговременной экспедиции МКС-24/25.

В апреле 2009 года был переведён из дублирующего экипажа «Союза ТМА-19» в дублирующий экипаж «Союз ТМА-18» и МКС-23/24. Во время старта космического корабля «Союз ТМА-18» дублировал бортинжнера Михаила Корниенко.

В июле 2009 года А. Борисенко назначен бортинженером в основной экипаж «Союз ТМА-21» и МКС-27/28.

В марте 2010 года успешно сдал экзамены в составе своего экипажа. В апреле аттестован в качестве космонавта отряда РКК «Энергия», но в феврале 2011 года в связи с реорганизацией уволен из него и тут же принят в отряд ФГБУ НИИ ЦПК на должность космонавта-испытателя.

Первый полёт.

Первоначально старт корабля «Союз ТМА-21» был намечен на 30 марта 2011 года. Однако 13 марта стало известно, что запуск перенесен из-за обнаруженных неполадок. 17 марта было объявлено, что старт ракеты-носителя с «Союзом ТМА-21» назначен на 5 апреля.

Запуск ракеты-носителя «Союз-ФГ» был осуществлён 5 апреля 2011 года в 02:18 по московскому времени. На борту корабля «Союз ТМА-21», названного «Гагарин» в честь полувекового юбилея первого полёта человека в космос, находился экипаж в составе Александра Самокутяева, Андрея Борисенко и Рональда Гарана. Старт прошёл в штатном режиме. Стыковка космического корабля с Международной космической станцией (МКС) произошла в автоматическом режиме 7 апреля 2011 года в 03:18 по московскому времени. Андрей Борисенко стал 200-м космонавтом, посетившим МКС с 1999 года.

Второй полет.

Начался на корабле «Союз МС-02» 19 октября 2016 года, стартовал в 11:05 мск с площадки № 31 космодрома Байконур в качестве бортинженера экипажа космического корабля «Союз МС-02» (позывной — Фавор) и бортинженера экипажа Международной космической станции по программе МКС-49/50 основных космических экспедиций. Командир экипажа «Союз МС 02» — космонавт Роскосмоса Сергей Рыжиков, второй бортинженер экипажа астронавт НАСА Роберт Кимбро.

Полёт ТПК к станции проходил по 34-витковой (двухсуточной) схеме, стыковка произошла в автоматическом режиме. В 12:58 мск 21 октября 2016 года корабль пристыковался к зенитному стыковочному агрегату малого исследовательского модуля «Поиск» (МИМ-2) российского сегмента Международной космической станции. В 15:20 мск был открыт переходной люк, и члены экипажа корабля перешли на борт МКС. После успешного выполнения программы полёта 10 апреля 2017 года корабль с тремя членами экипажа отстыковался от МКС в 10:58 мск, а в 14:21 мск спускаемый аппарат корабля совершил мягкую посадку в 147 км юго-восточнее города Жезказгана (Казахстан). Продолжительность полета составила 173 суток 3 часа 15 минут 21 секунд.

• Герой Российской Федерации и Лётчик-космонавт Российской Федерации (25 июня 2012 года) — за мужество и героизм, проявленные при осуществлении космического полёта на Международной космической станции
• Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (28 ноября 2018 года) — за большой вклад в развитие пилотируемой космонавтики, укрепление международного сотрудничества в области исследования и использования космического пространства