Çağatay Ulusoy, 23 Eylül 1990’da İstanbul’da dünyaya gelmiştir. Anne tarafından Boşnak, baba tarafından Bulgaristan göçmeni kökenli bir ailede doğdu.
2010 yılında Best Model of Turkey birincisi oldu. Üniversite eğitimini İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Sulama Sistemleri Bölümünde tamamlamış ve aynı zamanda Ayla Algan'dan oyunculuk dersleri almaya başladı.
İlk rolü 2011'de Show TV'de yayınlanan Adını Feriha Koydum dizisindeki Emir Sarrafoğlu karakteridir. Dizi 2 sezon boyunca 67 bölüm olarak yayınlandı. Dizi yayınlandığı dönemde oldukça başarılı olmuştur.
Diziye devam ederken 2011'de Anadolu Kartalları filminde de rol aldı. Filmde Üsteğmen Ahmet Onur karakterini canlandırdı.
Başrol oyuncusu Hazal Kaya'nın Adını Feriha Koydum'dan ayrılması ve Feriha karakterinin ölmesiyle dizi yeni sezonda ''Adını Feriha Koydum: Emir'in Yolu'' adıyla sezona ekibe yeni dâhil olan oyuncularla başlamıştır. Birkaç bölüm devam eden gelen eleştiriler nedeniyle yine isim değiştirip sadece ''Emir'in Yolu'' adıyla yayın hayatına devam etmiştir. Bu defa dizinin Adını Feriha Koydum dizisi ile bir bağlantısı kalmamış ve konu tamamen değişmiştir. Toplam 13 bölüm sürmüştür.
Ay Yapım'ın yaptığı, senaryosunu Ece Yörenç'in yazdığı ve 2013-2015 yılları arasında Star TV'de yayınlanmış olan Amerikan dizisi The O.C'nin yerli uyarlaması, Medcezir dizisinde Yaman Koper karakterini canlandırarak, dizide başrol olarak yer aldı. Dizide Çağatay Ulusoy'a Serenay Sarıkaya eşlik etti. Dizi 2 sezon, 77 bölüm sürmüştür. Reytinglerde de oldukça başarılı olmuştur.
2015 yılında Leyla Lydia Tuğutlu ile Delibal adlı filmde başrol olarak yer aldı. Filmde Barış Ayaz karakterini canlandırdı.
2016'da Colin's markasının reklam yüzü olan Ulusoy, Bize Uyar adlı reklam filminde Victoria Secret mankenlerinden Taylor Marie Hill ile birlikte yer aldı.
Yapımcılığını Ay Yapım'ın yaptığı, Show TV'de 2016 - 2017 yılları arasında yayımlanan, reyting rekortmeni olan İçerde dizisinde 39 bölüm Sarp Yılmaz karakterini canlandırmıştır. Ulusoy, bu dizide Aras Bulut İynemli ile beraber başrol olarak yer almıştır.
Ulusoy, 2018-2020 yılları arasında Netflix'te 4 sezon, 32 bölüm boyunca yayımlanan ilk Türk dizisi Hakan: Muhafız'ın başrol karakteri olan Hakan Demir rolünü üstlendi. Dizinin her bir bölümü 15 milyondan fazla kişi tarafından izlenmiştir ve Netflix'in en başarılı yapımları arasında yer almayı başarmıştır.
2021 yılında BluTv yapımı Yeşilçam isimli dizide rol almıştır. Dizide Semih Ateş karakterini canlandırdı.
Aynı zamanda Netflix'te yayınlanan Kağıttan Hayatlar isimli filmde başrol oynadı. Ulusoy, filmde Mehmet karakterini canlandırdı.