20 Nisan 1976 tarihinde Rize'de doğdu. 1999’da Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Devlet Konservatuarı 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. Atay son olarak 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.