Окончил экономический факультет Национального университета Киево-Могилянская академия.
Получил степень МВА Школы бизнеса Университета Nyenrode, Нидерланды.
В 2003-2006 годах возглавлял агрокомпанию “Райз”, входящую сейчас в Ukrlandfarming бизнесмена Олега Бахматюка.
В 2002 – 2003 работал в нидерландской судостроительной верфи Damen Shipyards Group.
Сейчас Павленко называет себя партнером инвестиционной компании Pharus.
2 декабря 2014 года Павленко стал министром аграрной политики и продовольствия во втором Кабинете министров Арсения Яценюка.
Его кандидатуру на должность министра аграрной политики поддержала «Самопомич».
22 января 2016 года политическая партия "Объединение "Самопомощь" заявила о намерении отозвать министра аграрной политики и продовольствия Алексея Павленко из состава Кабинета Министров Украины, призвав сформировать новое коалиционное соглашение и правительство. 29 января 2016 года Алексей Павленко подал в отставку.