Родился 22 февраля (6 марта) 1881 года в Палехе в семье портного. В 1890-1896 годах учился в мастерской Н.М.Софонова. Учителя - И.А.Варварин, В.И.Мазаев, М.И.Нефёдов, П.А.Плеханов. В 1896-1916 годах работал в мастерской Сафонова. Занимался настенной росписью церквей в Троице-Сергиевой лавре, в Калязине, Петергофе, Костроме. В 1916 году призван в армию. Расписывал стены казарм в Орле военно-учебными мотивами. В 1917 году вернулся в Палех, но работы не было. Чтобы избежать голода с семьёй переехал в Пермскую губернию. Работал грузчиком дров на Каме, табельщиком в паровозном депо на станции Янаул. В 1921 году опять вернулся в Палех. Занимался росписью деревянных изделий, крестьянствовал. В 1925 году вступил в Артель древней живописи. Учителя - И.И.Голиков и И.М.Баканов. С 1928 года преподавал в профтехшколе (позднее - Палехском художественном училище). Умер 4 ноября 1947 года после тяжёлой болезни, похоронен в селе Красном Палехского района Ивановской области.
Произведения А.И.Ватагина отличает композиционная простота, чёткость силуэтов, локальность цвета, выразительность контуров, скупое, но уместное применение золота. Самую первую его самостоятельную работу - "Демонстрация в деревне" - приобрела Третьяковская галерея. Занимался монументальной живописью, реставрацией (фрески Успенского собора Московского Кремля (1946)), книжной иллюстрацией. Тематика произведений: история, литература, жанровые сцены, охота, битвы. Участвовал в выставках с 1925 года.
Работы А.И.Ватагина хранятся в музеях: ГМПИ, ГТГ, ВМДПиНИ, МНИ, ЗГИХМЗ, Ивановском ОХМ, НГХМ, Ярославском ХМ, Всероссийском музее А.С.Пушкина "Мойка 12", ГМЭНР, ЦМВС, КМРИ.
