Роден е в София в семейството на оперни музиканти. Завършва с отличие Националната музикална академия „Проф. Панчо Владигеров” в класа по оперно пеене на проф. Нико Исаков. Специализира в Рим в Българския културен Институт „Борис Христов” и в държавната консерватория „Джоакино Росини” в гр. Пезаро, Италия. Участва в Академии и Майсторски класове по оперно пеене в България, Италия и Испания.
В репертоара си включва роли като Граф Алмавива – „Сватбата на Фигаро” (Моцарт), Папагено – „Вълшебната флейта” (Моцарт), Граф Робинсън – „Тайният брак” (Чимароза), Джермано – „Копринената стълба” (Росини), Мустафа от „Адина и Багдадският халиф” (Росини), Гаспаро – „Рита” (Доницети), както и множество кантатно – ораториални произведения, песенни цикли и др. От 2012 г. Атанас Младенов е солист в Софийската опера и балет, на чиято сцена пее Белкоре в „Любовен еликсир” (Доницети), Пинг в „Турандот” (Пучини), Алберт от „Вертер” (Масне), Фредерик – „Лакме” (Делиб), Зурга – „Ловци на бисери” (Бизе), Борислав в едноименната опера на Маестро Георги Атанасов, Хаджи Симон в „Чичовци“ на Лазар Николов, Дандини в Росиниевата „Пепеляшка”, Фигаро в „Севилският бръснар“, Онегин в „Евгений Онегин” и Княз Елецки в „Дама Пика“ (Чайковски), Родриго Маркиз Поза в „Дон Карлос“ и Жорж Жермон в „Травиата“ (Верди) и др. Участва във Вагнеровите епоси „Залезът на боговете” (из тетралогията „Пръстенът на Нибелунга”) с ролята на Гунтер, в „Тристан и Изолда” като Курвенал, и в „Парсифал” с ролята на Амфортас, както и в творбите на Рихард Щраус – „Електра“, където пее Орест, и „Ариадне на Наксос“, в ролята на Арлекин.
