Из семьи народного учителя. Окончил среднюю школу Владикавказа (1924) и Горской педагогический институт (1928), где увлёкся педагогикой, принимал участие в деятельности педологического кружка Р. И. Черановского. Учился в аспирантуре Ленинградского Института мозга (1929—1930). С 1930 старший научный сотрудник отдела психологии, с 1934 заведующий лабораторией психологии воспитания, заведующий отделом психологии (1937—1943). С 1930 работал в педагогических вузах Ленинграда, с 1938 — в ЛГПИ им. А. И. Герцена, Ленинградском Театральном институте и Ленинградском институте усовершенствования учителей.
Во время Великой Отечественной войны вёл в Ленинграде работу по спецзаданию Ленштаба МПВО по противовоздушной маскировке. После эвакуации из Ленинграда работал в Казани, затем Тбилиси: вел психопаталогическую и восстановительную лечебную работу в неврологических госпиталях. С 1944 заведующий кафедрой психологии ЛГУ и психологического отделения философского факультета, директор НИИ педагогики АПН РСФСР (1951—1960), декан факультета психологии ЛГУ (1967—1972).
Доктор психологических наук, профессор (1940). Действительный член АПН РСФСР (1955; член-корреспондент 1945), действительный член АПН СССР (1968).
Создал большую научную школу, среди учеников — Б. Ф. Ломов, Е. С. Кузьмин и др. Одним из первых организовал школьную психологическую службу на базе средней школы в Выборгском районе Ленинграда.
Автор большого количества работ по теории и истории психологической науки, педагогической, возрастной, медицинской психологии, психологии труда, искусства и многих других отраслей этой науки.
Основные труды Б. Г. Ананьева и литературу о нем см. в Научной педагогической электронной библиотеке.