Народився 1 квітня у с. Амвросіївка на Донеччині.
У період сталінських репресій батька було заарештовано і вислано до Казахстану. Після закінчення терміну заслання, він деякий час перебував на так званому тимчасовому поселенні, де зустрів іншу жінку. Анатолій залишився з матір’ю. Згодом він шкодував, що так більше й не зустрівся з батьком.
1946–1951Навчається у Київській художній середній школі ім. Т. Г. Шевченка, яку закінчує із золотою медаллю.
1951–1957Навчається у Київському державному художньому інституті, зокрема у майстерні живопису, якою керував Сергій Григор’єв. Дипломна робота Лимарєва «Дівчина шахтарка» спричинила конфліктну ситуацію, оскільки суперечила вимогам тогочасної соцреалістичної школи. Це багато в чому визначатиме подальші життя й творчість художника.
1957Бере участь у Всесоюзній художній виставці у Москві. Надалі його твори експонуватимуться на республіканських, всесоюзних і зарубіжних виставках, зокрема на Кубі.
1957–1967Живе та працює у Донецьку. Керує студією образотворчого мистецтва при Донецькій організації Спілки художників України. Виконує замовлення на оформлення дитячого кінотеатру в Донецьку та піонерського табору «Молода гвардія» в Одесі.
1960-тіПише два автопортрети (1960, 1967), створює полотна «Дамба» (1965), «Стигле поле» (1967), «У донецькому степу» (1969) та ін.
Звертається до образу Тараса Шевченка. Портрет, написаний олією, композиція «Шевченко на засланні» та ескізи до неї вражають певним іконоборчим пафосом, спрямованим проти традиційного бачення образу поета.
Донька художника, Анна Лимарєва, припускає, що цим роботам передували роздуми автора про долю батька, який відбував покарання у шевченківських місцях Казахстану.
1967Переїздить до Києва. Облаштовує майстерню на Подолі, на вул. Хорива.
1968Разом з А. Горською, В. Зарецьким, В. Смирновим і Б. Плаксієм бере участь у створенні мозаїки «Прапор перемоги» для музею «Молода Гвардія» у Краснодоні.
1970Стає членом Спілки художників УРСР.
1970-тіПише картини «Косар» (1970), «Весна» (1974), «Перед грозою» (1977) та ін.
Працює над нечисленними замовленнями для художнього фонду, які щоразу стають для нього моральним і творчим випробуванням через вимоги художньої ради. Серед них — картини для одного з закладів громадського харчування у Києві, санаторію «Букурія» поблизу Кишиніву тощо. Ілюструє оповідання для дітей, що друкуються у журналі «Малятко».
1974Отримує майстерню на вул. Перспективній, поруч з іншими художниками, з якими він тісно спілкується. Серед них — Борис Довгань, Ольга Рапай, Михайло Вайнштейн, Ігор Григор’єв, Валентин Реунов та інші.
Кінець 1970-хПереїздить до нової майстерні на Оболоні. Навколо Лимарєва формується коло учнів, яких він готує до вступу в Київський державний художній інститут. Серед них — Віталій Призант, Олександр Луцкевич, Дмитро Фіщенко, Владислав Грицюк та інші. Навчання носить неформальний характер — головними стають не стільки вправи, скільки спілкування та особлива духовна, інтелектуальна і фахова атмосфера, що об’єднувала вчителя та учнів.
1980-тіСтворює, допрацьовує і завершує низку творів: «Сині гуси» (1981), «Гілка акації» (1983), «Чистять сливи», «Білі коні», «Пейзаж із кущем шипшини», «Рожева земля» (1985) тощо. Лимарєв, навіть поставивши підпис, знов і знов повертається до своїх полотен, вдосконалюючи і доповнюючи їх. За словами Ірини Горшкової, всі картини він писав усе своє життя, а один з найближчих друзів художника, Яким Левич пояснює цей феномен конфліктом між тим, що ти хочеш сказати, і тим, що у тебе виходить, додаючи: «Він щоразу „вмирав“ на полотні, бо кожна картина писалася ним як перша. Я гадаю, що художньої напруги, присутньої в одній його роботі, вистачило б на десять доль»1.
1984У 6 випуску щорічника «Советская живопись» виходить стаття Ольги Петрової «Анатолий Лимарев» — єдина публікація про творчість художника, надрукована за його життя.
1985Бере участь у «Виставці дев’яти» у Республіканському Будинку художника, де, крім творів Лимарєва, експонувалися картини Олександра Агафонова, Галини Григор’євої, Людмили Загорної, Якима Левича, Владислава Мамсікова, Віри Морозової, Олександра Сулименка та Юлія Шейніса. Виставка стала неординарною подією в художньому житті Києва, викликавши суперечливі оцінки з боку не тільки глядачів, але й колег-художників.
6 листопада трагічно пішов з життя у Києві. Останньою роботою художника став портрет Гавриленка, що отримав назву «Чекає гостей». Це була присвята художнику, який помер за рік до Лимарєва.
1 Скляренко Г., Левич А. Вопросы без ответов. Киев: Неопалимая купина, 2005. С. 9, 64.