Atanazy urodził się około 295 r. w Aleksandrii (Egipt). Tam otrzymał wszechstronne wykształcenie w szkole teologicznej – znany był ze swojej wielkiej wiedzy w naukach klasycznych, potrafił także czytać i pisać w języku koptyjskim. Z pochodzenia był Grekiem; jego imię znaczy „nieśmiertelny”. W młodości stał się świadkiem krwawych prześladowań Dioklecjana i Galeriusza – podziwiał męczenników oddających życie za Chrystusa. Przez jakiś czas przebywał w odosobnieniu na pustyni egipskiej, gdzie spotkał św. Antoniego Pustelnika. Atanazy spisał jego żywot (Żywot św. Antoniego), a dzieło to dało podwaliny pod koncepcję życia zakonnego.
Za rządów św. Aleksandra Atanazy w 319 r. został wyświęcony na diakona i pełnił przy biskupie urząd jego sekretarza. Zasłynął z polemiki powadzonej z Ariuszem, którego błędy poddał szczegółowej analizie i krytyce. Został zaproszony na Sobór Nicejski w 325 r., gdzie występował jako gorliwy obrońca bóstwa Jezusa Chrystusa. Przyczynił się do uznania poglądów ariańskich za herezję (arianie uznawali, że Chrystus nie jest Bogiem, tylko Bogu podobnym).
W 328 r. Atanazy został wybrany biskupem aleksandryjskim. Był to ciężki okres dla Kościoła, gdyż cesarz Konstantyn odwołał z wygnania Ariusza i jawnie zaczął sprzyjać jego zwolennikom. Aby umocnić swoich wiernych i uniemożliwić rozprzestrzenienie się herezji, Atanazy rozpoczął uciążliwą wizytację od Assuanu po Tebaidę. Zwolennicy Ariusza działali jednak przeciwko biskupowi Aleksandrii, m.in. oskarżając go przed cesarzem, że objął stolicę aleksandryjską, nie mając jeszcze wieku kanonicznego. Atanazy zmuszony był udać się zatem w 332 r. do Nikomedii, gdzie wtedy urzędował cesarz. Zbił wszystkie zarzuty przeciwników i władca żegnał go z wielkimi honorami.
Niemniej Ariusz zdołał w tym czasie pozyskać bardzo wielu biskupów na Wschodzie. Sześćdziesięciu z nich zebrało się na synodzie w Tyrze w 335 r. Pod ich wpływem cesarz skazał Atanazego na banicję (jak później się okazało pierwszą z pięciu) do Trewiru w Galii. Dopiero śmierć Konstantyna w 337 r. przywróciła udręczonemu obrońcy Kościoła wolność.
Arianie jednak nie ustawali w swoich oskarżeniach względem Atanazego i jeszcze niejednokrotnie musiał on udowadniać swoją niewinność. Co więcej, korzystając z poparcia cesarza ariańskiego, Konstansa I, wymogli oni depozycję Atanazego w 338 r. (na jego miejsce wszedł biskup ariański, Grzegorz), który musiał ratować się ucieczką. Udał się wówczas do Rzymu, a synod zwołany w Sardyce w 340 r. ogłosił jego niewinność. Papież Juliusz I wystosował list do biskupów Egiptu, Grzegorza obłożył klątwą i zdjął z urzędu. Cesarz poparł decyzje synodu oraz papieża i wydał zarządzenie namiestnikowi Egiptu, aby Atanazego przyjął z należnymi mu honorami.
Znów niestety Atanazy nie zaznał pokoju albowiem Konstancjusz II przeszedł jawnie na stronę arian i zwołał synody (353 r. - Arles; 355 r.- Mediolan), na których oficjalnie potępiono postanowienia Soboru Nicejskiego I z roku 325 i potępiono również Atanazego. Został usunięty wówczas siłą i przez 6 lat ukrywał się wśród znajomych i mnichów na pustyni, gdzie napisał dwie apologie do cesarza Konstansa II: jedną w obronie Kościoła przeciwko arianom, drugą zaś w obronie własnej oraz Historię arian. Kiedy po śmierci Konstancjusza II w 361 r. tron objął Julian Apostata, to wydał dekret na mocy którego uwolniono z więzień i banicji wszystkich prawowitych biskupów. Atanazy powrócił zatem do Aleksandrii.
Niebawem jednak cesarz zaczął jawnie sprzyjać poganom i prześladować chrześcijan. Ponownie biskup Atanazy musiał ratować się ucieczką. Wrócił do Aleksandrii za czasów cesarza Jana, ale po roku po raz piąty dekretem cesarskim został zmuszony opuścić swoją owczarnię. Jednak wierni tym razem stanowczo opowiedzieli się za swoim pasterzem – cała Aleksandria powstała jak jeden mąż i gwałtownie żądała powrotu swego patriarchy. Zmusili cesarza do odwołania wyroku banicji. Odtąd życie Atanazego płynęło spokojnie. Poświęcał się kaznodziejstwu i pracy pisarskiej.
Atanazy kierował jeszcze biskupstwem aleksandryjskim przez cztery lata, co łącznie daje czterdzieści sześć lat sprawowania urzędu biskupa, w tym ponad siedemnaście spędzonych na wygnaniu. Zmarł w nocy z 2 na 3 maja 373 r. Z uwagi na zasługi dla Kościoła otrzymał przydomek „Wielki”. Św. Atanazy jest uznawany za jednego z najbardziej cenionych Ojców Kościoła, gdyż zdołał obronić dogmat o bóstwie Chrystusa, zagrożony herezją Ariusza. W362 r. potępił także Macedoniusza, który występował przeciw boskości Ducha św. Oficjalnie do doktorów Kościoła Atanazy został zaliczony na Soborze Konstantynopolitańskim II w 553 r. Zostawił po sobie traktaty, spośród których najsławniejszym jest traktat O wcieleniu Słowa. Św. Atanazy wspierał także ośrodki monastyczne. Jest wzorem dla wszystkich pasterzy Kościoła i teologów, by odważnie także dzisiaj bronili pełni wiary Kościoła.
Wspomnienie św. Atanazego Wielkiego w Kościele katolickim obchodzone jest 2 maja i ma rangę wspomnienia obowiązkowego. Jego relikwie znajdują się od 1806 roku w kościele św. Zachariasza, z wyjątkiem czaszki świętego, którą oddano opactwu benedyktynów w Valvanera, oraz części ramienia (rzymski kościół pw. św. Atanazego).
Cerkiew prawosławna wspomina Świętego dwukrotnie: 2 maja, tj. 15 maja według kalendarza gregoriańskiego ( w rocznicę śmierci) oraz 18 stycznia, tj. 31 stycznia według kalendarza gregoriańskiego (razem ze św. Cyrylem).
W ikonografii zachodniej św. Atanazy przedstawiany jest w stroju biskupa (rytu łacińskiego lub ortodoksyjnego) bądź kardynał albo mnich. Jego atrybutami są: łódka, rylec pisarski, zwój.
Na Wschodzie św. Atanazy ukazywany jest w bizantyńskich szatach biskupich z dużymi krzyżami. W obu dłoniach trzyma Ewangelię. Ma szeroką, siwą brodę i łysinę czołową. Często towarzyszy mu św. Cyryl, arcybiskup aleksandryjski.