Klub založili středoškoláci Eugenio Urio, Julius a Ferruccio Amati, Alessandro Forlini a John Roberti 17. října1907 jako Società Bergamasca di Ginnastica e Sports Atletici Atalanta. Italská fotbalová federace jej registrovala až v roce 1914. V roce 1920 se klub sloučil se Società Bergamasca di Ginnastica e Scherma (společnost gymnastiky a šermu ve městě Bergamo) a vznikl tak název Atalanta Bergamasca Calcio. Klub hrál regionální soutěže a do nejvyšší soutěže se dostal v sezoně 1928/29. Po jedné sezoně se vrátil zpět do druhé ligy a v roce 1933 riskoval bankrot, ale díky sbírce mezi kluby se zachránil. V nejvyšší lize se usadil od sezony 1940/41 do sezony 1957/58, kdy sestoupil. Nejlepší umístění v tomto období bylo páté místo ze sezony 1947/48. Následovalo jedno sezonní hraní ve druhé lize a návrat do nejvyšší ligy. Klub se dostal do semifinále středoevropského poháru v sezoně 1961/62.
Největším dosavadním úspěchem klubu bylo vítězství v italském poháru v ročníku 1962/63, když ve finále porazil 3:1 klub Turína. Sezonu 1968/69 končil klub v tabulce na posledním místě a sestoupil. Návrat do nejvyšší ligy se konal za dvě sezony. Pak sestoupil díky skóre v sezoně 1972/73 a druhou ligu hrál kromě dvou sezon (1977/78 a 1978/79) do ročníku 1980/81. Skončil na sestupovém místě a sezonu 1981/82 hrál prvně třetí ligu. Po vítězné sezoně 1981/82 se vrátil do druhé ligy.
V sezoně 1983/84 vyhrál druhou ligu a tím i postup. Klub dosáhl druhého místa ve středoevropském poháru v sezoně 1984/85. V sezoně 1986/87 klub opět sestoupil, ale dostal se do finále italského poháru. V něm prohrál po výsledcích 0:3 a 0:1 s klubem z Neapole a kvalifikoval se do poháru PVP. V něm došel klub do semifinále, kde prohrál s budoucími šampiony KV Mechelen (1:2, 1:2). Opět po jedné sezoně postoupil a šestým místem v sezoně 1988/89 se kvalifikoval do poháru UEFA, kde skončil v 1. kole. Čtvrtfinále si zahrál v ročníku 1990/91, tam prohrál s budoucím šampionem Interem (0:0, 0:2). Sezonu 1994/95 hrál ve druhé lize a díky čtvrtému místu slavil postup. Fotbalista Filippo Inzaghi se stal nejlepším střelcem sezony 1995/96 a díky jemu, který vstřelil 24 branek, se klub zachránil v lize a také se dostal do italského poháru. Prohrál jej s klubem Fiorentina (0:1,0:2).
Sezóna 2019/20 přinesla zlomení několika rekordů. V červenci Atalanta pokořila rekord z roku 1952, když se rovnou tři její hráči – Josip Iličić, Duván Zapata a Luis Muriel – dostali na hranici 15 a více vstřelených branek.[1] Dalším rekordem se stala řada 11 venkovních výher za sebou v jedné sezóně.[2]
1920 • Ke klubu se připojil klub Società Bergamasca di Ginnastica e Scherma, změnil se název na Atalanta e Bergamasca di Ginnastica e Scherma a pak na Atalanta Bergamasca Calcio.