Câu lạc bộ được thành lập vào năm 1907 bởi một số sinh viên Thụy Sĩ và huấn luyện viên PE của họ trong phòng tập thể dục của Liceo Classico Paolo Sarpi, Bergamo.[3][4][5][6] Một câu lạc bộ bóng đá đã tồn tại ở Bergamo từ năm 1903. Được thành lập bởi những người nhập cư Thụy Sĩ, nó được gọi là Câu lạc bộ bóng đá Bergamo. Câu lạc bộ Atalanta phát triển từ sự phân chia giữa các xã hội thể thao khác nhau trong thị trấn. Tên được lấy từ nữ vận động viên của thần thoại Hy Lạp. FIGC không ấn tượng với câu lạc bộ mới và không chính thức công nhận họ cho đến năm 1914. Câu lạc bộ hiện tại là kết quả của sự hợp nhất giữa Atalanta và một đội thứ ba được gọi là Bergamasca. Đội đầu tiên, màu đen và trắng và đội thứ hai mặc áo sơ mi trắng xanh, hợp nhất vào năm 1924 với tên Atalanta Bergamasca di Ginnastica e Scherma 1907.Đội bóng đã chuyển đến sân vận động hiện tại, Viale Giulio Cesare, vào năm 1928.

Atalanta tham gia giải đấu Ý năm 1929. Câu lạc bộ lần đầu tiên đến Serie A vào năm 1937, nhưng đã bị xuống hạng ngay lập tức. Câu lạc bộ trở lại vào năm 1940 và ở lại Serie A cho đến năm 1959; Sau một mùa giải duy nhất ở Serie B, câu lạc bộ đã được thăng hạng và kéo dài thêm một thập kỷ ở Serie A trước khi xuống hạng năm 1973 dẫn đến một giai đoạn thăng hạng và xuống hạng liên tục giữa hai cấp độ.

Câu lạc bộ đạt được vị trí cao nhất vào thời điểm năm 1948, kết thúc ở vị trí thứ năm, một kỳ tích chỉ tốt hơn trong năm 2017. Năm 1981, câu lạc bộ rơi xuống Serie C1, một cú đánh làm hồi sinh câu lạc bộ. Đội bóng đã trở lại Serie B mùa tiếp theo và trở lại Serie A năm 1984. Hình thức của câu lạc bộ ở Serie A vẫn không chắc chắn, vì đội đã xuống hạng vào năm 1987, 1994, 1998, 2003, 2005 và 2010. Sau khi thay đổi quyền sở hữu,[7] vào năm 2011, Atalanta ngay lập tức trở lại Serie A, nơi đội đã từng tồn tại.

Về các danh hiệu, câu lạc bộ đã giành được rất ít, cúp bạc lớn duy nhất của họ là Coppa Italia năm 1963. Câu lạc bộ đã có một vài hoạt động tốt ở châu Âu, trong một số trường hợp bị loại bởi những đội vô địch cuối cùng.

Câu lạc bộ xứ Wales Merthyr Tydfil đã gây ra sự tiếc nuối trong trận tranh cúp vô địch cúp European 1987-88, đánh bại Atalanta 2-1 trong trận lượt đi vòng đầu tiên của họ tại Penydarren Park. Sau khi giành chiến thắng ở trận lượt về 2 - 0 tại Bergamo, Atalanta tiếp tục lọt vào bán kết, thua đội vô địch cuối cùng là Mechelen của Bỉ, nhưng trong quá trình trở thành một trong hai đội duy nhất trong lịch sử thi đấu để lọt vào vòng áp chót khi họ thi đấu bên ngoài các giải đấu hàng đầu quốc gia. Thật kỳ lạ, đội duy nhất khác làm như vậy là đồng hương của Merthyr Tydfil tại Cardiff City.

Atalanta lọt vào tứ kết UEFA Cup mùa 1990-91, thua đối thủ trong nước Internazionale, đội tiếp tục đánh bại một đội bóng khác của Ý, Roma, trong trận chung kết để giành chức vô địch. Câu lạc bộ không bao giờ tham gia các cuộc thi của câu lạc bộ châu Âu từ năm 1991 đến 2017, mặc dù đã từ chối cơ hội chơi ở UEFA Intertoto Cup năm 2001 sau khi kết thúc ở vị trí thứ bảy tại Serie A, thay vào đó, đối thủ của Brescia đã tham gia để gặp Paris Saint-Germain.

Trong những năm gần đây, câu lạc bộ đã xuống hạng tại các mùa 2002-03, 2004-05 và 2009-10, nhưng đã thăng hạng trở lại Serie A chỉ sau một mùa mỗi lần.

Trong năm 2011-12, Atalanta bị trừ sáu điểm trong bảng xếp hạng do kết quả của một vụ bê bối bóng đá Ý. Tuy nhiên, câu lạc bộ đã cố gắng đảm bảo một năm nữa ở Serie A bằng cách giành được 52 điểm sau 38 trận. Năm sau, vì những lý do tương tự, câu lạc bộ đã bị trừ hai điểm trong giải đấu nhưng thoát suất xuống hạng nhờ đạt vị trí thứ 15. Tại mùa giải 2013-14, Atalanta kết thúc ở vị trí thứ 11.

Atalanta đã vật lộn trụ hạng trong mùa giải 2014-15 mặc dù có một số kết quả ấn tượng. Vào đầu mùa giải, người quản lý Stefano Colantuono cam kết tương lai của mình với câu lạc bộ. Tuy nhiên, vào ngày 4 tháng 3 năm 2015, anh đã bị sa thải sau một phong độ kém cỏi khiến Atalanta chỉ còn ba điểm so với khu vực xuống hạng. Anh được thay thế bởi Edoardo Reja, người giúp bảo vệ vị trí của câu lạc bộ tại Serie A cho 2015-16, và Atalanta kết thúc thứ 13.

Vào năm 2016-17, Atalanta đã tuyên bố vào đầu mùa giải và huấn luyện viên mới Gian Piero Gasperini đang trên bờ vực bị sa thải, nhưng với một kết quả tích cực đáng kinh ngạc, đội đã kết thúc ở vị trí thứ 4 ấn tượng với 72 điểm, do đó kỷ niệm trở lại đấu trường châu Âu sau 26 năm, đủ điều kiện tham dự UEFA Europa League.

Trong mùa giải 2017-18 chỉ có được vị trí thứ 7, cho họ cơ hội đủ điều kiện tham dự UEFA Europa League. Tuy nhiên, họ đã bị đội Đan Mạch FC København đánh bại trong trận chung kết vòng loại.

Mùa giải 2018-19 là mùa giải lịch sử của câu lạc bộ, ngôi vị á quân Cúp QG Ý khi thảm bại trước Lazio với tỷ số 0-2. Tuy nhiên với vị trí thứ 3 ở giải quốc nội đã giúp cho Atalanta lần đầu tiên trong lịch sử tham dự UEFA Champions League