Атанас Далчев е роден на 12 юни 1904 г. в Солун в семейството на юриста Христо Далчев и съпругата му Виктория Дишмова. През 1914 г. семейството се премества и установява в София, където Атанас Далчев се записва класически профил в Първа мъжка гимназия. В годината в която завършва гимназия, е приет в Софийския университет специалност “Философия”
През 1921 г. Атанас Далчев дебютира в поезията със стихотворния си диптих “Залези”, публикуван в ученическия вестник “Фар”. Докато е студент публикува стихотворенията „Вечер“, „Здрач“ и „Елегия“ във „Вестник на жената“, и стихотворенията „Есенно завръщане“, „Хижи“ и „Старите моми“ в символистичното списание „Хиперион“. Заедно с Димитър Пантелеев и Георги Караиванов издава поетическия сборник „Мост“. През следващите години сътрудничи на „Хиперион“, „Демократически преглед“ и в-к „Изток“. Първия си самостоятелен сборник „Прозорец“ издава през 1926 г. Заедно с авторите, участвали в „Мост“, организира група, първоначално около вестник „Изток“. От 1927 г. Атанас Далчев, Димитър Пантелеев, Чавдар Мутафов, Константин Гълъбов, Светослав Минков и други започват издаването на собствен вестник, „Стрелец“, поставяйки началото на литературния кръг «Стрелец».
През 1928 г. Публикува стихосбирката «Стихотворения». първоначално около вестник „Изток“. От 1927 г. Атанас Далчев, Димитър Пантелеев, Чавдар Мутафов, Константин Гълъбов, Светослав Минков и други започват издаването на собствен вестник, „Стрелец“, поставяйки началото на литературния кръг «Стрелец». През 1930 г. излиза от печат стихосбирката му „Париж“. След завръщането си в България, в периода 1930 – 1936 г. е училищен инспектор и учител по български език. Занимава се и с преводаческа работа. През 1943 г. Издава новата си книга „Ангелът на Шартър“, в която събира трите си по-ранни стихосбирки и добавя още десет стихотворения. . Подложен на силен натиск през първото десетилетие след 09.09.1944, той остава без щатна работа и е принуден да се занимава с преводаческа дейност за да издържа семейството си.
Владеещ и ползващ свободно няколко чужди езика, Далчев превежда класически книги като „Бунтът на масите“ на Хосе Ортега и Гасет, „Братовчедката Бет“ на Оноре дьо Балзак, „Басни“ от Жан дьо Лафонтен, „Червено и черно“ на Стендал, разкази на Антон Чехов, съвременни испански поети, лирика на Фридрих Хьолдерлин и др.
Едва през 1956 г. Далчев започва да пише отново, а през 1965 г. публикува сборника „Стихотворения“, включващ „Ангелът на Шартър“ и нови творби. През време на творческото си мълчание създава сборника с поетично-философски афоризми и критически размисли „Фрагменти“, издаден през 1967 г. под редакцията на Борис Делчев.
През лятото на 1977 г. пише стихотворението „Художникът и вятърът“, посветено на Иван Симеонов. Това е първото му ст Далчев умира в София на 17 януари 1978 г. ихотворение в бял стих и последното в творческия му път.
Далчев умира в София на 17 януари 1978 г.
