Dursun Ali Atay, 20 Nisan 1976'da Rize'de dünyaya geldi. Ailesinde iki ablası ve bir abisi bulunan Atay, 16 yaşında babasını kanser nedeniyle kaybetti. Lisans eğitimini Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Devlet Konservatuvarı Tiyatro Bölümü'nde tamamladı.
Kariyerine 1998 yılında, "İkinci Bahar" adlı dizisinde lise öğrencisi rolüyle adım atan Ali Atay, bu projeyle ilk kez kamera karşısına geçti. 1999 yılında ise Berkun Oya ile birlikte "Krek" adlı tiyatro topluluğunu kurarak, sahneye olan ilgisini devam ettirdi. Yıllar içinde birçok tiyatro oyununda rol aldı ve kendini bu alanda geliştirdi.
2011-2013 yılları arasında "Leyla ile Mecnun" adlı absürt komedi dizisinde, "Mecnun Çınar" karakteriyle büyük bir çıkış yakaladı. Dizi büyük beğeni topladı ancak yayından kaldırıldıktan sonra aynı ekip ile birlikte 2013'te "Ben de Özledim" adlı dizide kendisini oynadı. Ayrıca "Leyla ile Mecnun" oyuncularının kurduğu müzik grubu "Leyla The Band"de vokalistlik yaptı.
2014 yılında ise sinemaya adım attı ve "Limonata" filminde ilk kez yönetmenlik yaptı. 2015 yılında "Mutlu Ol Yeter" dizisinde başrol oynayarak uzun bir aradan sonra televizyona döndü. 2017'de Blu TV'de yayımlanan Türkiye'nin ilk internet dizisi "Masum"da Haluk Bilginer, Nur Sürer ve Okan Yalabık ile başrolü paylaştı. Aynı yıl, gerçek bir hikayeden esinlenerek çekilen "Ayla" filminde "Ali Astsubay" karakterine hayat verdi.
2018 yılında, absürt komedi türündeki "Ölümlü Dünya" filminin yönetmenliğini üstlendi ve aynı yıl "Nuh Tepesi" filminde başrol oynadı. 2019 yılında "Türk İşi Dondurma" sinema filminde rol alırken, yine aynı yıl yönetmenliğini üstlendiği "Cinayet Süsü" adlı filmi vizyona soktu.
2021 yılında "Son Yaz" dizisinde "Selim Kara" karakteriyle izleyicinin karşısına çıkan Ali Atay, oyunculuk kariyerinde önemli bir dönemece girmiştir.
Özel yaşamında, 2008-2013 yılları arasında Ebru Cansız ile evli kalan Ali Atay, 2019 yılında oyuncu Hazal Kaya ile evlenmiş ve çiftin bir oğlu, Fikret Ali dünyaya gelmiştir. Ali Atay, 1.76 metre boyunda, 72 kilo ve Koç burcu bir sanatçıdır.
