Dopo aver frequentato «il severissimo liceo Manzoni» di Lecco, Andrea Vitali si laurea in medicina all'Università Statale di Milano ed esercita la professione di medico di base nel suo paese natale.
Scrittore molto prolifico, ha esordito nel 1990 con il romanzo breve Il procuratore, ispiratogli dai racconti di suo padre; nel 1996 ha vinto il Premio letterario Piero Chiara con L'ombra di Marinetti, ma il grande successo lo ha ottenuto nel 2003 con Una finestra vistalago (Premio Grinzane 2004).
Nel 2006 ha vinto il Premio Bancarella con il romanzo La figlia del Podestà; nel 2009 il Premio Boccaccio e il Premio Hemingway.
Tra i numerosi romanzi, ricordiamo: nel 2011 La leggenda del morto contento e Zia Antonia sapeva di menta. Nel 2012 Galeotto fu il collier e Regalo di nozze. L'anno successivo escono Le tre minestre, lungo racconto autobiografico edito da Mondadori-Electa e Di Ilide ce n'è una sola. Nel 2014 Quattro sberle benedette, Premiata ditta Sorelle Ficcadenti e Biglietto, signorina!; nel 2015 La ruga del cretino, scritto con Massimo Picozzi, Le belle Cece, La verità della suora storta, Quattro schiaffi benedetti, Un amore di zitella (tutti editi da Garzanti). Nel 2016 Nel mio paese è successo un fatto strano (Salani), Le mele di Kafka (Garzanti), Viva più che mai (Garzanti). Nel 2019 esce Certe fortune. I casi del maresciallo Ernesto Maccadò (Garzanti), Sotto un cielo sempre azzurro (Garzanti) e Documenti, prego (Einaudi). Altre sue pubblicazioni sono: Un uomo in mutande. I casi del maresciallo Ernesto Maccadò (Garzanti, 2020), Nessuno scrive al Federale. I casi del maresciallo Ernesto Maccadò (Garzanti, 2020), Vivida mon amour (Einaudi, 2021), Un bello scherzo (Garzanti, 2021), La gita in barchetta (Garzanti, 2021), Cosa è mai una firmetta (Garzanti, 2022), Eredi Piedivico e famiglia (Einaudi, 2024).
Tra le sue pubblicazioni si ricorda anche il libro per bambini La zia Ciabatta (Garzanti, 2020).
Da ricordare che con il romanzo Almeno il cappello (edito nel 2009 da Garzanti) Andrea vitali ha vinto il Premio Casanova, il Premio Isola di Arturo Elsa Morante, il Campiello sezione giuria dei letterati ed è stato finalista al Premio Strega.
I suoi libri, pubblicati in Italia da Garzanti e da Einaudi, sono stati tradotti in molti paesi, tra cui la Turchia, la Serbia e il Giappone.