乾隆三年（1738年）中举，累授户部郎中、军机章京。
乾隆十三年（1748年），随征大小金川，遭劾被贬。后复升为内阁学士兼礼部侍郎，因办事勤慎而受重用，历任参赞大臣、镶红旗蒙古副都统、工部侍郎等，长期戍守西北边疆。
乾隆二十四年（1759年），参与平定大小和卓叛乱，事后移驻伊犁，建屯田之策。回朝数年间，历任内大臣、汉军镶蓝旗都统、军机大臣、满洲正红旗都统、四川总督等。
乾隆三十三年（1768年），以副将军之职随经略傅恒领兵征讨缅甸。
乾隆三十六年（1771年），再次参加大小金川之役，历时五年，运筹战事，多合机宜，为平定金川首功。此后多次前往地方办理钦案、督筑河堤，两次率师镇压甘肃回民起义，并以领班军机大臣身份提出镇压台湾林爽文起义的进兵方略，累加太子太保、武英殿大学士。
嘉庆二年（1797年），逝世，享年八十一岁。获赠太保，谥号“文成”，并入祀贤良祠。道光三年（1823年），配飨太庙。
阿桂编有《钦定户部军需则例》15卷，今已佚。此外，阿桂在平定金川后，曾奉敕主持编纂《平定两金川方略》（152卷），此书为了解乾隆朝两次用兵金川的起因、过程、结果等提供了翔实丰富的文献史料。
《熙朝雅颂集》录有阿桂诗6首：《感怀用苏文忠公寄晁美叔韵》《话旧赠钱冲斋观察》《兰泉比部初度》《伊犁军营》《大军次永昌有作》《自寿》。
阿桂还有楷书作品《天地之道恒久而不已也论》册。
阿桂是乾隆朝出将入相的少数重臣之一。他屡次统领大军东征西讨，为巩固多民族统一国家立下了重大功勋，其主要军事活动有：
乾隆十三年（1748年），参加大小金川之战。
乾隆二十四年（1759年），参加平定大小和卓之战。事平后移师驻伊犁，提出于新疆屯田建策，被采纳。
乾隆三十三年（1768年），以副将军偕经略傅恒领兵与侵扰滇境的缅甸军交战，多次获捷。次年，与傅恒会师攻老官屯不下，奉命罢兵议和。
乾隆三十六年（1771年），再次参加大小金川之战，历时五年，运筹战事，多合机宜。乾隆四十一年（1776年），降服土司索诺木。
此外，阿桂还两次督师镇压甘肃回民起义，参与制定镇压台湾林爽文起义和抗击廓尔喀（今尼泊尔）进攻西藏的进兵方略。
阿桂知人善任，发现才能胆识之士，即使是“散僚卒伍”，也“即登荐牍”。其下属有一位将校，名为瓜尔佳·兴奎，相貌魁伟，气度不凡，阿桂见后，称叹：“此将材也。”当即赐他副将札，命他进攻敌方阵地，果然大获全胜。以后兴奎屡立战功，为一时名将。王昶、韩崶、张百龄、玛拉特·松筠和朱尔赓额等人都是阿桂从他们身为微员时提拔上来的，或得到阿桂的赏识力荐，“其后皆为卿相”。
乾隆二十五年（1760年），阿桂认为“伊犁为西域适中之地，幅员广阔”，如果能“悉心筹计，从容布置”，则能取得成效”。为实现驻兵守边的目标，他查得伊犁的海努克及固勒札等地“水土沃衍，且有河可引灌注”，判断如果在此地开垦屯田，就可以充实军粮。阿桂所言，使乾隆帝作出了伊犁驻兵屯田的决策。同年八月，乾隆帝下诏：“以阿桂总理伊犁事务，授为都统。”阿桂受命后，对伊犁驻防和屯田进行了周密的计划和安排。
阿桂在新疆的实践活动在伊犁屯田的成功，无论在经济上政治上都具有重大意义，它对于开发边疆地区的经济，密切西北与内地的经济联系，巩固中国多民族的统一的国家，无疑是一个很大的促进。而阿桂以他的远大目光和气魄，作出了具有开创性的贡献
阿桂在多次治水的过程中，根据当地实际情况，尽职堵塞决口，修筑堤坝，减少了水患灾害带来的损失，促进了农业生产的恢复和发展。
乾隆帝在《紫光阁功臣像赞》中数次称赞阿桂：
在《定伊犁回部五十人像赞》中，评价为：“阿克敦子，性颇捷敏。力请从戎，宜哉惟允。身不胜衣，心可干城。楚材继出，为国之桢。”
在《平定金川五十功臣像赞》中，乾隆先提到：“其两被图形如阿桂之伦，岂非德业之光辉，人臣之厚幸，而较卫霍英鄂之流更为荣遇超越乎！”随后评价道：“阿桂承命以来，筹画尽心，不惮艰险，用能扫荡贼巢，俘擒逆党，大勋克集，实为首功。锡爵图形，优加章服，懋昭酬庸之典。诚而有谋，英弗恃勇。集众出奇，成勋克巩。”
在《平定台湾二十功臣像赞》中，评价为：“勘外守中，未恒亮功。驰咨军务，志每予同。归朝襄赞，剪逆除凶。三登紫阁，福厚功崇。
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