Асен Василиев е роден на 2 юни 1900 г. в Кюстендил. През 1925 г. завършва Хдожествената академия в София със специалност живопис. Принадлежи на творческия кръг на кюстендилските художници като Владимир Димитров – Майстора и Кирил Цонев. След дипломирането си, близо пет години, учителствува в Берковица, Шумен и София. В 30-те години на ХХ в. участва в археологическите проучвания на Мадара като документира чрез рисунки над 400 от находките. След това близо десетилетие е художник в Национания археологически музей.
От 1948 г. в Комитета за наука, изкуство и култура ръководи преустройството и изграждането на музеи и музейната мрежа в страната. В началото на 50-те години на ХХ в. е един от основателите е на Института за изследване на изкуствата. В следващото десетилетие негова заслуга е полагането на основите на библиографията на българското изкуство, на архива на историята на българското следосвобожденско изкуство, на фонотеката към Института за изследване на изкуствата и др. Преподава история на бъгарското изобразително изкуство в Художествената академия, където става и професор през 1974 г.
Асен Василиев е известен като проучвател на българското възрожденско изкуство. Пътува няколко пъти до Света гора на Атон, занимава се със скалните манастири при Иваново, Тракийската гробница при Казанлък, средновековните и възрожденски църкви в София, Бачковския и Зографския манастири и др. Проучва и най-отдалечените храмове и манастири, обръща внимание на майстори и зографи с различна популярност. Създава уникални по своето богатство архив и картотека за всеки паметник и за различните майстори на българското възрожденско изкуство.
През 50 – те години на ХХ в. участва в научноизследователските експедиции на БАН и допринася за популяризиране на малко известни паметници на българското изобразително изкуство в Добруджа, Северозападните Родопи , Средните Родопи, Северозападна България, Западна България и др. Творчеството му включва важни научни изследвания в областта на изкуствознанието. Автор е на повече от 30 книги и няколкостотин статии в периодичния печат. Инициатор за създаване на първата регионална енциклопедия в България – „Енциклопедичен речник Кюстендил“ (1979), и пръв нейн главен редактор.
Проявява се в художествни изложби още като студент. По- късно участва в многобройните изложби на СБХ, в 70-те години на ХХ в. открива самостоятелни изложби в Кюстендил и София. Проявява се предимно в портретния жанр, пейзажа и натюрморта. Негови картини са притежание на НХГ, СГХГ, Художествената галерия „Владимир Димитров – Майстора“ в Кюстендил и редица галерии в страната, държавни сбирки и частни колекции.
Изключително ценно е неговото участие в работата на художествените и реставрационните съвети на софийските музеи и галерии както и дейността му като член на Националния съвет по опазване на културно – историческото наследство към Министерството на културата.
Умира през 1981 г. Със споделеното убеждение, че „не е живял напразно”, че „знае и чувства, че все още може да прави добро”, но и с изявена тъга, че „много работа ще остане недовършена”.
