Pärast Rakke Keskkooli õppis Andres Metspalu Tartu Ülikooli arstiteaduskonnas ravi erialal, lõpetades 1976. aastal. 1979. aastal kaitses ta Ukraina Teaduste Akadeemias bioloogiakandidaadi kraadi. Andres Metspalust on saanud üks Eesti geenitehnoloogia rajajaid. Ta on juurutanudTartu Ülikooli Kliinikumis molekulaardiagnostika, algatanud ülemaailmse biopankade konsortsiumi ning asutanud Eesti Geenivaramu.
2010. aastal valiti ta Eesti Teaduste Akadeemia liikmeks biotehnoloogia alal. 1980. ja 2003. aastal pälvis ta Eesti teaduspreemia, 2001. aastal Eesti Punase Risti III klassi teenetemärgi, 2006. aastal Tartu Ülikooli väikese medali ning 2010. aastal Tartu Ülikooli raefondi preemia. Tartu linna aukodanik aastast 2015.