Ο Ανδρέας Βουρλούμης γεννήθηκε στην Πάτρα, στις 29 Ιουλίου 1910, τρίτο παιδί εύπορης αστικής οικογένειας. Ο πατέρας του ήταν έμπορος και πολιτευόταν με τον Βενιζέλο.

Η οικογένεια Βουρλούμη μετοίκησε στην Αθήνα το 1918. Σε ηλικία δέκα ετών ο Ανδρέας Βουρλούμης αντέγραψε αγάλματα από αρχαιολογικά μουσεία και στα δώδεκά του έκανε τις πρώτες του ακουαρέλες με τη βοήθεια του βέλγου οικοδιδάσκαλου ζωγραφικής, Antoine Pic. Στα δεκατρία του χρόνια έκανε ήδη τα πρώτα του λάδια. Ποτέ δεν σπούδασε ζωγραφική συστηματικά ενώ αποφοίτησε χημικός από το Πανεπιστήμιο Αθηνών (1928-1932). Τους χειμώνες του 1934-1935, έμεινε στο Παρίσι όπου ζούσε τότε και ο φίλος του, γλύπτης, Γιάννης Παππάς. Εκεί ζωγράφιζε στην Chaumière και επισκεπτόταν καθημερινά τα μουσεία. Του έκαναν βαθειά εντύπωση ο Dürer ο Rembrandt, οι ιμπρεσιονιστές, ο Van Gogh και ο Cézanne. Παρόλο που εργάστηκε για μερικά χρόνια σαν χημικός, η ζωγραφική ήταν η κύρια απασχόλησή του μέχρι το τέλος της ζωής του. Το 1938 έπιασε το ατελιέ του Αγήνορα Αστεριάδη στο Παγκράτι και όλα του τα εργαστήρια από τότε μέχρι τον θάνατό του ήταν στην ίδια αυτή περιοχή, στην ενορία του Αγίου Σπυρίδωνα. Με εξαίρεση ένα ταξίδι στο Λονδίνο το 1957, από το 1935 και έπειτα δεν έφυγε ξανά από την Ελλάδα. Παρόλα αυτά κινήθηκε αυτόνομα από τις εξελίξεις στη νεοελληνική ζωγραφική σκηνή. Τον συγκίνησε όμως η ζωγραφική του Παρθένη και αργότερα έδειξε έντονο ενδιαφέρον για τον Τσαρούχη και τον Κόντογλου στη δεκαετία του 1940. Ασχολήθηκε σε βάθος με τη βυζαντινή ζωγραφική, και φιλοτέχνησε πολλές φορητές εικόνες σε αυστηρά βυζαντινό ύφος. Συμμετείχε επίσης σε ιστορήσεις ναών, και ασχολήθηκε με τη βυζαντινή μουσική. Αγαπούσε πολύ τη δημοτική ποίηση και έκανε συχνά εικονογραφήσεις βιβλίων, κυρίως παιδικών, ημερολογίων και περιοδικών εντύπων. Έκανε ελάχιστες εκθέσεις στη διάρκεια της ζωής του. Η πρώτη του ατομική πραγματοποιήθηκε το 1954 στην γκαλερί της Monica Payne, στην Αθήνα. Άλλες ατομικές του εκθέσεις έγιναν στην γκαλερί «Ζυγός» (1960), στην γκαλερί «Ζουμπουλάκη» (1961), στο «Α.Τ.Ι. Δοξιάδη» -αναδρομική- (1963), στην γκαλερί «Ώρα» (1981), στην «Αίθουσα Σκουφά» (1988), στην Εθνική Πινακοθήκη -αναδρομική- (1990) και στην «Αίθουσα Σκουφά» (1994). Σημαντικές εκθέσεις έργων του διοργανώθηκαν μετά τον θάνατό του από το Μουσείο Μπενάκη (1999) και το Μορφωτικό Ίδρυμα Εθνικής Τραπέζης (Μέγαρο Εϋνάρδου, 2004). Ο Ανδρέας Βουρλούμης πέθανε στην Αθήνα, στις 8 Αυγούστου 1999.