Творческий путь Папанова начался в клубе завода "Каучук", где была открыта студия с драматическим кружком. Его коллектив прославился, получив первое место на всесоюзном смотре художественной самодеятельности за отлично поставленную комедию Шекспира "Укрощение строптивой". Здесь Толя Папанов начинал постигать законы сценического искусства. Отсюда ушел на фронт.

В начале войны Анатолий Папанов ушел на фронт, где был тяжело ранен в ногу на Юго-западном фронте, после чего его демобилизовали, признав инвалидом третьей группы, и осенью 1942 года, он приехал в Москву к родителям.

В октябре 1942 года Папанов подал заявление на актерский факультет института театрального искусства имени Луначарского, и был зачислен на факультет, которым руководили артисты и режиссеры Московского Художественного театра Мария Николаевна Орлова и Василий Александрович Орлов.

В 1946 году, после окончания учебы Папанова пригласили сразу в два театра: МХАТ и Малый, и он мог бы остаться в Москве, но вместе со своим курсом Анатолий Папанов поехал в Клайпеду создавать новый театр. Там он сыграл свою первую театральную роль - роль Сергея Тюленина в поставленном к 30-и летию годовщины Октября, спектакле "Молодая гвардия".

В 1948 году он вернулся в Москву и стал работать в Театре Сатиры.

В 1964 году Папанов стал обладателем приза Всесоюзного кинофестиваля в номинации «Призы актерам». Он также является лауреатом Государственной премии РСФСР за роль Серпилина в фильме «Живые и мертвые».

В 1973 году Папанов получил звание народного артиста СССР.

Свою последнюю роль в кино он сыграл в фильме «Холодное лето пятьдесят третьего» в 1987 году. За нее Анатолий Дмитриевич Папанов посмертно был удостоен Государственной премии СССР.