Алексей Нестеренко родился 20 февраля 1984 года в городе Москва. С шести лет занимался в хореографическом центре детского народного творчества «Калинка». В подростковом возрасте стал дополнительно заниматься в Детском музыкальном театре юного актёра, а параллельно работал в Московском художественном театре имени А.П.Чехова, на сцене которого к моменту получения аттестата зрелости принял участие в двух спектаклях.

При поступлении в школу-студию МХАТ Алексей провалился в первом же туре. Вторая попытка была сделана в Театральном институте имени Бориса Щукина и оказалась успешной. Параллельно с учебой молодой артист играл на сцене театра имени Евгения Вахтангова, а также снимался в кино. После окончания обучения Алексей отправился служить в армию. Срочная служба проходила в Академическом ансамбле песни и пляски МВД в качестве артиста балета. После демобилизации, актер был приглашен в труппу Театра Романа Виктюка.

Яркой работой актера стала роль в спектакле «Служанки», где Алексей предстает в эпатажном образе жеманной, томной, избалованной женщины Мадам. У актера есть опыт сотрудничества с танцевальным театром «A|CH», где он принимал участие в хореографическом спектакле «Кармен».

Кинодебют актера состоялся в драме «Казус Кукоцкого» и сериале «Главные роли». Затем последовали съемки в молодежном триллере «Нас не догонишь». Важными работами стали роли в мелодрамах «Вкус граната» и «Цыганское счастье», в которых актер сыграл главные роли. Большим успехом пользовался детектив «Родина», и одни из последних работ актера: любовная история «Принцесса с севера» и биографический фильм-мюзикл о знаменитом певце Валерии Ободзинском» Эти глаза напротив».