Ծնվել է Բոլնիս-Խաչեն (այժմ՝ Վրաստանում) հայաբնակ գյուղում։ Սկզբնական կրթությունն ստացել է ծննդավայրում և Շամշուլդա գյուղի քահանա Տեր-Պետրոսի մոտ։ 1853թ. ընդունվել է Թիֆլիսի Ներսիսյան դպրոց, մեկ տարի հետո ինքնակամ հեռացել։ Այնուհետև իր գիտելիքները լրացրել է ինքնակրթությամբ։ Աշխատել է որպես գրաշար Թիֆլիսում (1861-62թթ), Մոսկվայում և Պետերբուրգում (1862-67թթ)։ 1867թ. վերադարձել է Անդրկովկաս, եղել է Էջմիածնի տպարանի կառավարիչ, 1869-70թթ խմբագրել «Արարատ» ամսագիրը։ Դասավանդել է Ախալցխայի, Ալեքսանդրապոլի (այժմ՝ Գյումրի), Երևանի, Շուշիի դպրոցներում (1870-82թթ), եղել Վրաստանի և Իմերեթիայի հայկական դպրոցների թեմական տեսուչ։ Աշխատել է «Փորձ» հանդեսի խմբագրությունում որպես քարտուղար, գործուն մասնակցություն ցուցաբերել «Աղբյուր» մանկական պատկերազարդ ամսագրի խմբագրմանը։ 1895թ. ձերբակալվել է հնչակյան կուսակցությանը պատկանելու մեղադրանքով, աքսորվել Նոր Նախիջևան (այժմ՝ Դոնի Ռոստով), ապա՝ Ղրիմ (1898-1900թթ)։ Այնուհետև մինչև կյանքի վերջը եղել է ցարական ժանդարմերիայի հսկողության տակ։ 1900-ականներին եղել է Թիֆլիսում` Հովհաննես Թումանյանի ստեղծած «Վերնատուն» գրական խմբակի եռանդուն անդամներից, նրա նահապետը: Եղել է բազմաժանր գրող։ Առաջին տպագիր գործը՝ «Հարկավոր է օգնել չքավորներին» բանաստեղծությունը, լույս է տեսել «Մեղու Հայաստանի» լրագրում, 1862թ.։ «Արության և Մանվել»-ով (1867թ.) հիմք է դրել ինքնակենսագրական վեպի ժանրին հայ նոր գրականության մեջ։ Վեպում նա անողոք պայքար է հայտարարել խավարին ու հետամնացությանը՝ ընթանալով Խաչատուր Աբովյանի բացած ճանապարհով։ «Երկու քույր» վիպակում (1872թ.) արտացոլել է սոցիալական տեղաշարժերը ետռեֆորմյան հայ գյուղում, աշխատավոր գյուղացու պայքարը հողի համար, որը նորություն էր հայ գրականության մեջ։ Պատկերելով հայ գյուղացու ընդվզումները տիրող անարդարությունների դեմ՝ միաժամանակ ցույց է տվել, որ անհատական պայքարը ժամանակի սոցիալ-քաղաքական հարաբերությունների պայմաններում անհեռանկար է։ Այս հանգամանքով էլ բացատրվում է վիպակի դրական հերոսների ողբերգական վախճանը։ Վիպակում շոշափված են կնոջ հասարակական ակտիվության ու ազատ սիրո հարցերը։ Հասարակական չարիքի նախապատճառը հեղինակը համարել է սոցիալական անհավասարությունը և առաջ քաշել սեփականության արդար բաժանման խնդիրը («Դաժանություն», 1890թ.)։ «Թեմական տեսուչ» (1881թ.) ստեղծագործության մեջ մերկացրել է ցարիզմի քաղաքականությունը փոքր ժողովուրդների նկատմամբ՝ առանձնապես լեզվի ու դպրոցների հարցում։ Գրողի գեղարվեստական արձակի ուշագրավ նմուշներից է նաև «Սերը արտաքսված» ստեղծագործությունը (1889թ.), որտեղ դեմոկրատիզմի դիրքերից տվել է իրականության ռեալիստական պատկերը։ Մշակել է «Քյորօղլի» վիպերգությունից երեք դրվագ (1887թ., 1893թ.)։ Մարդու, ներդաշնակ սոցիալական հարաբերությունների մասին նրա իդեալն ավելի ամբողջականորեն արտահայտված է «Տորք Անգեղ» պոեմում (1888թ.), որի ատաղձը Մովսես Խորենացու «Հայոց պատմության» մեջ եղած առասպելն է Անգեղյան Տորքի մասին։ Մեծ Ժողովրդականություն է ձեռք բերել մանկական գրականության ասպարեզում։ Մանկական բանաստեղծությունների առաջին ժողովածուն՝ «Սրինգ հովվական»-ը լույս է տեսել 1882թ., հաջորդը՝ «Բանաստեղծություններ»-ը՝ 1890թ.։ Հեքիաթներն գրողի ստեղծագործության մեջ մեծ կշիռ ունեն։ Նա հեքիաթը համարել է իրական աշխարհի ու կյանքի ճշմարտացի պատկերման, մանուկների դաստիարակության կարևոր միջոց, հետևողականորեն պաշտպանել չարը կռվով ոչնչացնելու սկզբունքը։ Նրա հեքիաթների հերոսներն անձնական բարօրությունը ստորադասում են հանրային երջանկության գաղափարին։ «Անահիտ»-ը (1881թ.) հայ հեքիաթագրության լավագույն նմուշներից է։ Ինքնակենսագրական և պատմական հարուստ նյութ է պարունակում «Իմ կյանքի գլխավոր դեպքերը» (1893թ.) հուշագրությունը։ Ընդգրկելով մի ամբողջ պատմաշրջանի՝ 1850-90-ական թթ ազգային-հասարակական կյանքը, այդ գործը ինչպես իր փաստագրական նյութով, այնպես էլ առաջավոր գաղափարներով ու արվեստով հայ հուշագրության նշանակալից երկերից է։ Գրողը հարստացրել է հայ թարգմանական գրականությանը ռուս և արևմտաեվրոպական դասական գրողներից կատարած թարգմանություններով ու փոխադրություններով։ Թարգմանել է Ի.Կռիլովի «Գայլնա գառը» (1885թ.), «Սոխակներ» (1886թ.), Ֆ.Շիլլերի «Երկրի բաժանումը» (1888թ.), Հ.Հայնեի «Ֆրդովսի» (1890թ.), Լ.Տոլստոյի «Ոսկե կացին» (1910թ.), Վ.Շեքսպիրի «Ձմեռային հեքիաթ» (1910թ.) և այլ գործեր։ Առանձնապես հիշատակության է արժանի Ա.Պուշկինի «Ոսկի ձկնիկ» հեքիաթի փոխադրությունը (1884թ.)։ Անդրադարձել է նաև հայ գրականության և գրական լեզվի զարգացման հարցերին։ Իր գրաքննադատական հոդվածներում հետևողականորեն պաշտպանել է ռեալիզմի և ժողովրդայնության սկզբունքը։ Ուշագրավ են «Բանաստեղծություններ Հովհաննես Հովհաննիսյանի» (1887թ.), «Պերճ Պռոշյանը և իր «Սոս և Վարդիթերը» (1888թ.), «Հայոց այժմյան բանավոր երգերը» (1890թ., 1893թ.), «Հովհաննես Թումանյանի «Անուշ»-ից մի ճաշակ» (1893թ.) և այլ հոդվածներ։ Ուսումնասիրել է հայոց լեզվի պատմության, տեսության, բարբառագիտության և ուղղագրության բազմաթիվ վիճելի հարցեր։ Նրա լեզվաբանական ժառանգության մեջ կարևոր տեղ ունեն «Հայկական հնչյունների մասին» (1874թ.), «Գրաբար և աշխարհիկ լեզուների տարբերությունը» (1890թ.), «Հայոց լեզու» (1890թ.), «Սուրբ լեզու» (1890թ.), «Հայոց գրի մասին» (1892թ.), «Մեր նույնահնչյուն գրերի մասին» (1909թ.) և այլն։ Հեղինակը գտել է, որ բարբառները ժամանակի ընթացքում տեղի են տալիս գրական լեզվին։ Աշխարհաբարի ձևավորման և զարգացման հարցում պաշտպանել է Միքայել Նալբանդյանի սկզբունքները։ Նա գրական լեզուն հարստացնող, սնող հիմնական աղբյուր համարել է բարբառները։ Հայ մանկավարժության պատմության մեջ գրողը հայտնի է նաև որպես մանկավարժության տեսաբան: Նրա մանկավարժական համակարգի նպատակն էր զարգացնել «ուժեղ, խելոք, առաքինի» քաղաքացիներ։ Նա առաջնությունը տալիս էր մայրենի լեզվի ուսուցմանը, աշխատանքային, ֆիզիկական, բարոյական և գեղագիտական դաստիարակությանը, սովորողների ինքնագործունեությանը, դեմ էր մարմնական պատիժներին, կողմնակից՝ երկսեռ ուսուցմանը։ Փոխել է հայկական դպրոցներում երգեցողության կրոնական բովանդակությունը։ Գրել է մանկավարժական-մեթոդական բազմաթիվ աշխատություններ՝ «Խորհրդածություն դաստիարակության վերա» (1869թ.), «Պատժի մասին», «Ուսումն մայրենի լեզվի» (1875թ.), «Գրագիտություն ուսուցանելու ուղիղ ճանապարհը և նորանից խոտորվելը» (1883թ.), «Մեր ուսուցիչներին ընկերական նվեր» (1892թ.) և այլն։ Առանձնապես գնահատելի են նրա «Ուսումն մայրենի լեզվի» Ա, Բ, Գ, Դ տարիների համար դասագրքերը, որոնցից առաջինը շուրջ 40 տարի (1875-1916թթ) եղել է ամենատարածված այբբենարանը հայ դպրոցներում։ 1902թ. մայիսին տոնվել է գրողի գրական գործունեության 40-ամյակը։ 1905թ. մասնակցել է Թիֆլիսի հոկտեմբերյան ցույցին՝ ցարին տապալելու կոչ արել։ Մահացել է Թիֆլիսում։ Աղայանի անունով են կոչվել դպրոցներ և փողոցներ Երևանում, ՀՀ, Արցախի տարբեր բնակավայրերում և գրողի ծննդավայրում: Բոլնիս-Խաչենում գործում է գրողի տուն-թանգարանը: