Асен Златаров е роден на 16 февруари 1885 г. (4 февруари по стар стил) в Хасково, в семейството на Теофана и Христо Златарови. Баща му почива, когато Асен е едва на петнадесет години. След година химия в Софийския университет (1903–1904) той заминава за Женева, където завършва през 1907 г., а през 1908 г. защитава докторат по химия и физика в Гренобъл.
През 1909–1910 г. специализира химия на храните в Мюнхен и се връща в Софийския университет, където преподава в продължение на четвърт век. От 1935 г. е редовен професор. Освен учен, Златаров е писател, литературен критик и публицист — автор на лиричната проза „Цветя за него“ и „Песен за нея“ и на романа „В града на любовта“.
Той вярва, че науката трябва да служи на хората. За десетина години изнася над хиляда лекции из цялата страна, а през 1933 г. заедно с Екатерина Каравелова, Антон Страшимиров и други учредява Комитет за защита на евреите.
Умира на 22 декември 1936 г. във Виена след операция. Името му носят училища, болници и университетът в Бургас.

