Ali Atay, 20 Nisan 1976 tarihinde Rize'de dünyaya geldi. Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Devlet Konservatuvarı Tiyatro Bölümünden 1999 yılında mezun oldu. Kariyerine tiyatrodan başlayan Atay, televizyon dizilerinde de başarılı roller üstlendi. Şapkadan Babam Çıktı ve Leyla ile Mecnun dizilerinde oynadığı karakterler ile genç bir izleyici kitlesi tarafından tanınmaya başladı. Leyla ile Mecnun dizisinde Mecnun Çınar karakteriyle büyük bir başarı yakaladı.
Atay, Leyla ile Mecnun dizisinden sonra Ben de Özledim adında yeni bir dizide rol aldı. 2014 yılında kendi yönetmenliğiyle Limonata filminin çekimlerine başladı. Mutlu Ol Yeter adlı dizide başrolü üstlendi ve Atay'ın oyunculuğu dikkatleri çekti. 2017'de BluTV'de yayınlanan Masum dizisinde Haluk Bilginer ve Nur Sürer gibi isimlerle başrolü paylaştı. Bu dönemde Ödüllü Ayla filminde de rol aldı. 2017 yılında Ölümlü Dünya filminin yönetmenliğini yaptı. Türk İşi Dondurma ve Cinayet Süsü filmlerindeki başarılı yönetmenliğiyle sinema dünyasında saygınlığı arttı.