قدمت چشمه علی به حدود ۸۰۰۰ سال پیش بر می‌گردد؛ زمانی كه نخستین اجتماع در كنار چشمه‌ای دایمی واقع بربالای تپه ای گرد آمدند. نخستین نشانه‌های تمدن در چشمه علی، كه شامل تپه باستانی، برج و باروهای قدیمی ری و چشمه زیرزمینی است،مربوط به تولید سفالینه‌های سرخ رنگ با نقش‌های سیاه یا قهوه‌ای سیر و تصاویری كه بر آن نقش شده می باشد. در كنار چشمه، تپه‌ای است كه در كاوش سال‌های ۱۹۳۴ و ۱۹۳۶ م، به رهبری اریك اشمیت كه برای موزه هنرهای زیبای بوستون و فیلادلفیا در امریكا انجام شد، از آن آثاری به دست آمده است.
قدیمی‌ترین شواهد موجود در این منطقه كه به اوایل هزاره چهارم قبل از میلاد بر می‌گردد، سفالینه‌هایی است كه ذكر آن رفت. این محل در هزاره سوم پیش از میلاد ناگهان متروك شد و دوباره از هزاره دوم مسكونی و آباد گشت. آثاری از عهد پارت‌ها (حصار معبد آناهیتا متعلق به آغاز عصر مسیحی)، ساسانی‌ها و اسلام تا عهد تیموریان نیز در این محل به دست آمده است. به استناد روایت‌های مختلف مادر زرتشت نیز در این مكان متولد شده است. درباره آب چشمه گفته می‌شود كه از جاجرود و قیطریه تأمین می‌شود و پس از گذر از راه‌های زیرزمینی، از دل تپه می‌جوشد.
چشمه علی به عنوان یك منطقه طبیعی شناخته شده است. برج و باروهای آن در هنگام استحكام به چهار تا پنج متر می‌رسید و سوراخ‌های دیده‌بانی و آتش‌دان داشته است كه هنوز هم آثار آن باقی مانده است. اكنون حدود ۱۰۰ متر از دیوار آن بازسازی شده است. وجود نقش برجسته‌ای از فتح علیشاه ،در حال تاج‌گذاری، بر صخره مسلط بر آب‌های چشمه‌علی از ویژگی‌های منطقه است و آن را نباید با نقش برجسته‌ای كه همین پادشاه را سوار بر اسب و در حال شكار نشان می‌دهد اشتباه كرد. قبلاً این نقش برجسته متعلق به دوران ساسانی‌ها بوده است. نام چشمه به امام اول شیعیان باز می‌گردد كه ساكنان اطراف آن در دوران اسلام بر آن نهادند. اما ایرانیان باستان این چشمه را سورنا می‌نامیدند؛ زیرا در كنار معبد آناهیتا قرار داشته است.
