Στην Κρήτη γεννήθηκε το χίλια πεντακόσια εξήντα ένας ευγενής γόνος της οικογένειας Πατελάριου με το όνομα Αλέξιος. Από νωρίς όμως άφησε τα κοσμικά αξιώματα και αναζήτησε την ασκητική ζωή στα μοναστήρια της Θεσσαλονίκης και του Αγίου Όρους. Στη μονή Εσφιγμένου διακόνησε ταπεινά ως τραπεζάρης των αδελφών και αργότερα προχώρησε στα μοναστήρια της Παλαιστίνης. Εκεί εκάρη μοναχός με το ευλογημένο όνομα Αθανάσιος και επανήλθε στη Θεσσαλονίκη ως νέος ασκητής.

Χειροτονήθηκε πρεσβύτερος και κήρυξε το Ευαγγέλιο στους Βλάχους και τους Μολδαβούς, για τους οποίους μετέφρασε το Ψαλτήριο από τα ελληνικά. Η αγιότητα και τα πνευματικά του χαρίσματα κίνησαν τον Πατριάρχη Κωνσταντινουπόλεως Κύριλλο τον Πρώτο, ο οποίος τον κάλεσε ως ιεροκήρυκα του πατριαρχικού θρόνου. Σύντομα ο Αθανάσιος χειροτονήθηκε επίσκοπος και ανέλαβε τη μητρόπολη της Θεσσαλονίκης με βαριά ποιμαντική ευθύνη. Όταν συκοφαντήθηκε ο Κύριλλος και εξορίστηκε στην Τένεδο, ο Αθανάσιος ανέβηκε στον πατριαρχικό θρόνο την εικοστή πέμπτη Μαρτίου του χίλια εξακόσια τριάντα τέσσερα, ημέρα του Ευαγγελισμού.

Μέσα σε σαράντα μόλις ημέρες όμως καθαιρέθηκε από τις δολοπλοκίες των εχθρών της Ορθοδοξίας και επανήλθε στον θρόνο ο Κύριλλος. Δύο ακόμη φορές κλήθηκε στον πατριαρχικό θρόνο, αλλά κάθε φορά έπεσε θύμα διώξεων από αιρετικούς, Ιησουίτες και Μουσουλμάνους εχθρούς της Εκκλησίας. Όταν η ζωή στη Θεσσαλονίκη έγινε αβίωτη, ο άγιος κατέφυγε στη Μολδαβία υπό την προστασία του ηγεμόνα Βασιλείου Λουκούλου. Εγκαταστάθηκε στη μονή του αγίου Νικολάου κοντά στα Γαλάτσι και έστελνε επιστολές στον τσάρο Μιχαήλ της Ρωσίας.

Ζητούσε ελεημοσύνες για τη βασανισμένη Εκκλησία της Κωνσταντινουπόλεως, που υπέφερε από αφόρητες διώξεις των Μουσουλμάνων. Το χίλια εξακόσια πενήντα δύο, μετά τον θάνατο του Κυρίλλου, ανέβηκε για τελευταία φορά στον θρόνο και παρέμεινε δεκαπέντε μόλις ημέρες. Στην τελευταία πατριαρχική λειτουργία κήρυξε εναντίον των παπικών αξιώσεων για οικουμενική δικαιοδοσία πάνω στην Εκκλησία. Εξαντλημένος από τους διωγμούς, παρέδωσε τη διοίκηση στον μητροπολίτη Παΐσιο Λαυρείας και αναχώρησε ξανά για τη Μολδαβία.

Από εκεί ξεκίνησε ταξίδι στη Ρωσία, όπου τον υποδέχθηκαν με τιμές ο Πατριάρχης Νίκων και ο τσάρος Αλέξιος Μιχαήλοβιτς. Στον δρόμο της επιστροφής αρρώστησε βαριά και κατέληξε στη μονή Μγαρσκ της Μεταμορφώσεως, στην πόλη Λούμπνο. Εκεί κοιμήθηκε εν Κυρίω την πέμπτη Απριλίου και τάφηκε σε καθιστή στάση από τον Πετρώνιο, σύμφωνα με ελληνικό έθος. Την πρώτη Φεβρουαρίου του χίλια εξακόσια εξήντα δύο αναγνωρίστηκε ως άγιος και η εορτή ορίστηκε στις δύο Μαΐου.

Τα ιερά του λείψανα, πηγή πολλών θαυμάτων και σημείων, αναπαύονται στον καθεδρικό ναό του Ευαγγελισμού στο Χάρκοβο. Το παράδειγμά του φωτίζει τους ποιμένες κάθε εποχής που υπομένουν διωγμούς για την αληθινή πίστη.