Герой Советского Союза (14.03.38). Награждён двумя орденами Ленина, двумя орденами Красного Знамени, орденами Богдана Хмельницкого 1-й степени, Суворова 2-й степени, Отечественной войны 1-й степени, двумя орденами Красной Звезды, орденом «Знак Почёта», медалями, иностранными наградами.
Учился в Пензенской летной школе ГВФ.
В РККА с 1930 г. В 1932 г. окончил Одесскую военную школу лётчиков.
В 1936 г. за успехи в боевой, политической и технической подготовке награжден орденом «Знак Почета».
С мая 1937 по январь 1938 гг. участвовал в национально-революционной войне в Испании. Командовал отрядом, а затем эскадрильей скоростных бомбардировщиков. Выполнил более 100 боевых вылетов на самолёте СБ в глубокий тыл врага. Лидировал группу самолётов на Северный фронт и обеспечил их безаварийную посадку на поврежденном аэродроме. Награжден орденом Красного Знамени.
18.06.37 г. эскадрилья наносила удар по фашистским войскам атаковавшим высоты Санто Доминго и Санто Марино в районе Бильбао на севере Испании. Пройдя над территорией оккупированных мятежниками провинций Арагон и Наварра, эскадрилья выполнила задание и вернулась на свой аэродром в Лериде. Последним садился СБ комэска Сенаторова. В этот момент он был атакован тремя «Фиатами». Несмотря на малую высоту и скорость при планировании, Сенаторов дал двигателям полный газ и развернул машину навстречу истребителям. Стрелок-радист Александр Мирек меткой очередью сбил один «Фиат». Сенаторов повел машину в лобовую атаку. Штурман Душкин вел огонь из носового пулемета, стрелок-радист из задней кабины. Потеряв ведущего «Фиаты» развернулись и ушли.
18.07.37 г. водил эскадрилью на бомбардировку аэродромов Инка и Пальма на острове Майорка.
26.07.37 г. в 7.40 произошел воздушный бой, в котором участвовали СБ и истребители обеих сторон. В течение получаса без потерь со стороны республиканцев было сбито 2 «фиата». 1 «фиат» был сбит экипажем Сенаторова.
По состоянию на 1.09.37 г. в эскадрилье Сенаторова насчитывалось 9 СБ.
15.10.37 г. участвовал в уничтожении авиабазы Гарапинильос. В ходе этой операции 16 СБ под командованием Сенаторова нанесли отвлекающий удар по Сарагосе.
5.11.37 г. 24 СБ бомбили Сарагосу. На задание летали одна советская и две испанские эскадрильи, вел группу Сенаторов. Было сброшено 144 бомбы общим весом 12 тонн. Судя по документам, это был «ответный удар белым на бомбардирование городов Лериды и Барбастро».
Целью являлись склады боеприпасов. Начались взрывы и пожары, которые по донесениям разведки длились три дня. Объективности оценки результатов удара способствовало то, что замыкающий самолет фиксировал разрывы и очаги пожаров на фотопленку.
14.03.38 г. старший лейтенант Сенаторов Александр Сергеевич был удостоен звания Герой Советского Союза.
Вскоре ему было присвоено внеочередное воинское звание полковник.
В апреле 1938 г. он был назначен заместителем командующего ВВС ОКДВА. Участвовал в боях у озера Хасан в августе 1938 г. Член ВКП(б) с 1938 г.
В 1939 г. окончил КУКС при Военной академии Генштаба.
4.06.40 г. ему было присвоено воинское звание генерал-майор авиации.
Участвовал в Великой Отечественной войне. Был командующим ВВС общевойсковой армии.
В августе 1942 – сентябре 1944 гг. командовал 9-й ВА Дальневосточного фронта.
9-я ВА была сформирована в августе 1942 г. на базе ВВС ряда общевойсковых армий Дальневосточного фронта. В ее состав вошли 32-я, 249-я и 250-я истребительные, 33-я и 34-я бомбардировочные, 251-я и 252-я штурмовые авиадивизии.
Армия выполняла задачи по охране дальневосточных воздушных рубежей СССР, а также формировала авиачасти для советско-германского фронта.
В период Берлинской операции 1945 г. генерал-майор авиации Сенаторов был заместителем командующего 16-й ВА по боевой подготовке.
В 1948 г. окончил Военную академию Генштаба. С 1963 г. генерал-лейтенант авиации Сенаторов в отставке.
Похоронен в Москве.