Ali Yerlikaya, üniversiteden mezun olduktan sonra 1990 yılında İçişleri Bakanlığı Kaymakam adaylığı görevine başladı. Kayseri Felahiye, Hatay Erzin, Konya Derebucak, Şanlıurfa Hilvan, Yozgat Sarıkaya Kaymakamlığı yaptı. Ayrıca İçişleri Bakanlığı Hukuk Müşavirliği, Sağlık Bakanlığı Personel Genel Müdürlüğü, TÜHİS (Türk Ağır Sanayi ve Hizmet Sektörü Kamu İşverenleri SendikasI) Yönetim Kurulu Üyeliği görevlerinde de bulundu.
Ali Yerlikaya, 2007 yılında Şırnak valiliğine atandı. 2010 yılında ise Ağrı valisi olarak göreve başladı. 2012 yılında ise Tekirdağ valisi olarak atanan Yerlikaya, 2015 yılında Gaziantep valiliğine getirildi.
2015'den 2018 yılına kadar Gaziantep valisi olarak görev aldı. 27 Ekim 2018 tarihinde ise İstanbul valiliğine getirildi.
YSK'nın 2019 yerel seçimlerinde İstanbul seçimlerini iptal etmesi sebebiyle 7 Mayıs 2019 yılında geçici olarak İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanı olarak görev aldı. Daha sonradan 27 Haziran'da görevini teslim etti.
Hatice Nur Yerlikaya ile evli olan Ali Yerlikaya, 4 çocuk babasıdır.