قدمت چشمه علی به حدود ۸۰۰۰ سال پیش بر می‌گردد؛ زمانی که نخستین اجتماع در کنار چشمه‌ای دایمی واقع بربالای تپه ای گرد آمدند. نخستین نشانه‌های تمدن در چشمه علی، که 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 که بر آن نقش شده‌ می باشد. در کنار چشمه‌، تپه‌ای است که در کاوش‌ سال‌های ۱۹۳۴ و ۱۹۳۶ م، به رهبری اریک اشمیت که برای موزه هنرهای زیبای بوستون و فیلادلفیا در امریکا انجام شد، از آن آثاری به دست آمده است‌.

قدیمی‌ترین شواهد موجود در این منطقه که به اوایل هزاره چهارم قبل از میلاد بر می‌گردد، سفالینه‌هایی است که ذکر آن رفت‌. این محل در هزاره سوم پیش از میلاد ناگهان متروک شد و دوباره از هزاره دوم مسکونی 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 مکان متولد شده است‌. درباره آب چشمه گفته می‌شود که از جاجرود و قیطریه تأمین می‌شود و پس از گذر از راه‌های زیرزمینی‌، از دل تپه می‌جوشد.

چشمه علی به عنوان یک منطقه طبیعی شناخته شده است‌. برج و باروهای آن در هنگام استحکام به چهار تا پنج متر می‌رسید و سوراخ‌های دیده‌بانی و آتش‌دان داشته است که هنوز هم آثار آن باقی مانده است‌. اکنون 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 که همین پادشاه را سوار بر اسب و در حال شکار نشان می‌دهد اشتباه کرد. قبلاً این نقش برجسته متعلق به دوران ساسانی‌ها بوده است‌. نام چشمه به امام اول شیعیان باز می‌گردد که ساکنان اطراف آن در دوران اسلام بر آن نهادند. اما ایرانیان باستان این چشمه را سورنا می‌نامیدند؛ زیرا در کنار معبد آناهیتا قرار داشته است‌.