قدمت چشمه علي به حدود ۸۰۰۰ سال پيش بر مي‌گردد؛ زماني كه نخستين اجتماع در كنار چشمه‌اي دايمي واقع بربالاي تپه اي گرد آمدند. نخستين نشانه‌هاي تمدن در چشمه علي، كه شامل تپه باستاني، برج و باروهاي قديمي ري و چشمه زيرزميني است،مربوط به توليد سفالينه‌هاي سرخ رنگ با نقش‌هاي سياه يا قهوه‌اي سير و تصاويري كه بر آن نقش شده مي باشد. در كنار چشمه، تپه‌اي است كه در كاوش سال‌هاي ۱۹۳۴ و ۱۹۳۶ م، به رهبري اريك اشميت كه براي موزه هنرهاي زيباي بوستون و فيلادلفيا در امريكا انجام شد، از آن آثاري به دست آمده است. قديمي‌ترين شواهد موجود در اين منطقه كه به اوايل هزاره چهارم قبل از ميلاد بر مي‌گردد، سفالينه‌هايي است كه ذكر آن رفت. اين محل در هزاره سوم پيش از ميلاد ناگهان متروك شد و دوباره از هزاره دوم مسكوني و آباد گشت. آثاري از عهد پارت‌ها (حصار معبد آناهيتا متعلق به آغاز عصر مسيحي)، ساساني‌ها و اسلام تا عهد تيموريان نيز در اين محل به دست آمده است. به استناد روايت‌هاي مختلف مادر زرتشت نيز در اين مكان متولد شده است. درباره آب چشمه گفته مي‌شود كه از جاجرود و قيطريه تأمين مي‌شود و پس از گذر از راه‌هاي زيرزميني، از دل تپه مي‌جوشد.
چشمه علي به عنوان يك منطقه طبيعي شناخته شده است. برج و باروهاي آن در هنگام استحكام به چهار تا پنج متر مي‌رسيد و سوراخ‌هاي ديده‌باني و آتش‌دان داشته است كه هنوز هم آثار آن باقي مانده است. اكنون حدود ۱۰۰ متر از ديوار آن بازسازي شده است. وجود نقش برجسته‌اي از فتح عليشاه ،در حال تاج‌گذاري، بر صخره مسلط بر آب‌هاي چشمه‌علي از ويژگي‌هاي منطقه است و آن را نبايد با نقش برجسته‌اي كه همين پادشاه را سوار بر اسب و در حال شكار نشان مي‌دهد اشتباه كرد. قبلاً اين نقش برجسته متعلق به دوران ساساني‌ها بوده است.
نام چشمه به امام اول شيعيان باز مي‌گردد كه ساكنان اطراف آن در دوران اسلام بر آن نهادند. اما ايرانيان باستان اين چشمه را سورنا مي‌ناميدند؛ زيرا در كنار معبد آناهيتا قرار داشته است.