20 Nisan 1976 tarihinde Rize’de doğdu. İşçi bir babanın oğluydu ve evlerine tek maaş giriyordu. Zeki bir çocuk olan Ali Atay özel bir okulu kazandı. Bu okulda tiyatro becerisini ve ruhunu keşfetti. Ali Atay gözlerinin yeşilliği ve bakışlarıyla tam bir Karadenizli özelliğini göstermektedir. Ancak orda doğmuş olmasına karşın ilkokul 2. Sınıfa kadar Ankara’da okumuş sonrasında İstanbul’da Kocamustafapaşa semtinde yaşamışlardır. Semtin tarihi surları altından oyun oynayıp çok iyi arkadaşlıklar edinmiştir. Şuan boyu 1.76 m, kilosu 71’dir. Başarılı bir oyunculuk geçmişinin olmasının yanı sıra Leyla ile Mecnun dizisiyle yıldızı parlamıştır.

1999 yılında Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Devlet Konservatuarı Tiyatro bölümünden mezun olmuştur. Pek çok dizi ve sinema filminde oynamıştır. Bunlar; İkinci Bahar, 7 Numara, Şapkadan Babam Çıktı, Çınaraltı, Çeşm-i Bülbül, Cemile, Eşref Saati, Yapma Diyorum, Kılıç Günü, Leyla ile Mecnun, Ben de Özledim, Mutlu Ol Yeter gibi dizilerde rol almıştır. Mesleği oyuncu, müzisyen, film yönetmedir. Ayrıca pek çok şarkı söylemiş ve düet yapmıştır. Ali Atay 2008 yılında Ebru Cansız ile evlilik yapmış ve 2013 yılında boşanmıştır. Ebru Hanımdan çocuğu yoktur. Ali Atay kendisi gibi oyuncu olan Hazal Kaya ile evlidir.