Ali Atay, 20 Nisan 1976'da Rize'de doğdu. 1999’da Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Devlet Konservatuvarı Tiyatro Bölümü’nden mezun oldu. Ali Atay 'Şapkadan Babam Çıktı' adlı dizide başarısız illüzyonist Maksut’u oynamıştır.
TRT'de 3 sezon boyunca yayınlanan Leyla ile Mecnun adlı komedi dizisinde oynadığı Mecnun Çınar karakteriyle çok büyük bir başarı yakalamıştır. Dizi yayından kaldırıldıktan sonra aynı dizi ekibi ile beraber çekilen ve Star Tv'de yayınlanan Ben de Özledim dizisinde kendini oynamıştır. Ayrıca, Leyla ile Mecnun ekibinin kurmuş olduğu Leyla The Band grubunun vokalistidir.
2014 Haziranın da ilk kez yönetmen koltuğuna oturduğu Limonata adlı başrollerinde Serkan Keskin ve Ertan Saban'ın bulunduğu sinema filminin çekimlerine başlamıştır. ATV'de yayınlanan Mutlu Ol Yeter adlı dizide başrol oyuncusu olarak rol almıştır. Dizide Atay'ın yanı sıra Aslı Enver, Öner Erkan ve Ertan Saban da rol almıştır.
2017'de BluTV üzerinden yayınlanan Türkiye'nin ilk online dizisi Masum da Haluk Bilginer, Nur Sürer, Okan Yalabık gibi isimlerle baş rolü paylaşmıştır. Yusuf Komiser karakterini canlandırmıştır.
Türkiye'nin 90. Akademi ödülleri için aday gösterdiği Ayla filminde Ali Astsubay karakterini canlandırmıştır. Aksiyon Komedi tarzındaki Ölümlü Dünya filminin yönetmen koltuğunda yer almıştır.
Aynı yıl Nuh Tepesi filminde başrol oynamıştır. 2019 yılında gerçek bir hikâyeden uyarlanan Turkish'i Dondurma filminde rol almıştır.Aynı yıl yine yönetmenliğini üstlendiği Cinayet Süsü filmi vizyona girmiştir.