Há duas hipóteses para a origem do nome “Atalaia”. A primeira afirma que o nome se deve ao fato de que as tropas comandadas por Domingos Jorge Velho, contratado para destruir o Quilombo dos Palmares ficavam de “atalaia” (vigilância). Porém, essa hipótese não é bastante aceita pelos historiadores, pois o nome do município foi dado por D. José I somente em 1764, em homenagem, provavelmente ao Visconde de Atalaia, fidalgo português muito amigo de D. José I. Esta é a hipótese mais aceita. Contribui para isso o fato de que Atalaia começou a ser povoada por volta de 1692, tendo tido como primeiro nome Arraial dos Palmares. Portanto, até o ano de 1764, não há menção nos registros históricos do nome Atalaia.
A ocupação das terras onde hoje situa-se o município iniciou-se por volta de 1692 por Domingos Jorge Velho, bandeirante paulista contratado pelo então Governador da Província de Pernambuco Fernão de Souza Carrilho para destruir o Quilombo dos Palmares. Domingos Jorge Velho havia recebido do governo português a promessa de uma sesmaria (seis léguas de terra), como recompensa pela destruição do Quilombo dos Palmares. Com a destruição de Palmares, e a consequente morte de Zumbi dos Palmares, em 20 de novembro de 1695 o bandeirante esperou o cumprimento da promessa, e se estabeleceu no atual bairro da Cidade Alta, de onde ficava de vigilância (atalaia), durante a luta contra os negros palmarinos. O bandeirante batizou a nova povoação de Arraial dos Palmares.
Lá por volta de 1697, Domingos Jorge Velho mandou construir a Capela de Nossa Senhora das Brotas - a primeira edificação de Atalaia - santa que considerava como sua protetora. Essa é ainda hoje a padroeira de Atalaia. Para tentar agradar à Coroa Portuguesa, Domingos Jorge Velho lhe envia carta comunicando o desejo de que a povoação iniciada por ele passasse a se chamar Vila Real de Bragança, para que a mesma ficasse sob a proteção da Casa de Bragança, para que mais rápido se desenvolvesse. Porém, o pedido foi negado por D. José I. No final de 1700, Domingos Jorge Velho morre sem, no entanto, receber da Coroa Portuguesa o decreto de doação da sesmaria. Apesar do crescimento da povoação, o Arraial dos Palmares não era reconhecido pelas autoridades. Somente em 12 de março de 1701, o Governador da Província de Pernambuco recebe Carta Régia determinando a criação oficial do arraial, porém com o nome de Arraial de Nossa Senhora das Brotas. No entanto, este nome não caiu no gosto dos habitantes, permanecendo a denominação Arraial dos Palmares. Somente em 1716, os filhos e a esposa de Domingos Jorge Velho recebem o decreto que doa a sesmaria onde hoje localiza-se Atalaia, como recompensa pela destruição dos Palmares.
Durante o governo do 10.° Ouvidor da Província de Alagoas, Manuel Álvares, os habitantes do Arraial dos Palmares, por seu intermédio, solicitaram ao governo português a elevação do arraial à categoria de vila. D. José I atendeu em parte às reivindicações da população, elevando o Arraial dos Palmares à categoria de vila, porém, com o nome de Vila de Atalaia, em homenagem ao Conde de Atalaia, seu amigo particular. Este decreto data de 1º de fevereiro de 1764, considerada a data de sua fundação. Foi a quarta vila criada em Alagoas, depois de Porto Calvo, Marechal Deodoro (antiga Alagoas) e Penedo.
Em 5 de março de 1891 Atalaia é elevada à categoria de cidade, pelo governador Manuel de Araújo Góes.
Atalaia, por ter sido um dos primeiros núcleos populacionais de Alagoas, possui importante acervo histórico, como a Capela de São José (antiga Capela de Nossa Senhora das Brotas), primeira edificação construída em Atalaia por Domingos Jorge Velho em 1697, a imponente Igreja Matriz de Nossa Senhora das Brotas, construída por Domingos Jorge Velho em 1701 com suas imagens antigas e seu altar-mor belíssimo, a Casa Grande da Fazenda Jardim das Lajes, a Praça do Bicentenário, as ruínas da Usina Brasileiro - primeira usina de Alagoas -, da Usina Ouricuri, Vitória do Cacaú, e o casario histórico da Avenida Barão José Miguel, no centro da cidade, e na Rua de Cima, no bairro da Cidade Alta.

Distrito criado com a denominação de Atalaia anteriormente a 1762.
Elevado à categoria de vila com a denominação de Atalaia, entre os anos de 1762 e 1765.
Elevado à condição de cidade com a denominação de Atalaia, pelo Decreto Estadual n.º 88, de 15-03-1891.
Em divisão administrativa referente ao ano de 1911, o município é constituído do distrito sede.
Assim permanecendo em divisão territorial datada 1-VII-1950.
Pela Lei n.º 1785, de 05-04-1954, é criado o distrito de Sapucaia (ex-povoado) e anexado ao município de Atalaia.
Em divisão territorial datada de 1-VII-1960, o município é constituído de distritos: Atalaia e Sapucaia.
Assim permanecendo em divisão territorial datada de 2020.