Атанас Далчев е роден на 12 юни 1904 г. в Солун като второ дете в семейството на юриста кукушанец Христо Атанасов Далчев и прилепчанката Виктория Матеева Дишмова. Баща му работи като адвокат и преподавател по турски език в българската мъжка гимназия „Кирил и Методий“ в Солун. През 1908 г. Христо Далчев е предложен от групата на Яне Сандански за народен представител на Серската област в османския парламент. През 1908 г. заедно със семейството си се мести в Цариград. Там Атанас Далчев учи в местното българско училище. Със започването на Балканската война семейството се връща в Солун. През 1913 г. Христо Далчев се изтегля с българските войски в България, а Виктория Далчева с децата си (вече пет) заминава за Дедеагач. След няколко месеца семейството се събира и когато през 1914 г. къщата им в Солун изгаря при пожар, те се установяват в София. Там Атанас Далчев се записва с класически профил в Първа мъжка гимназия (днес Първо СОУ). През 1921 г. дебютира в поезията със стихотворния си диптих „Залези“, публикуван в ученическия вестник „Фар“. Година по-късно завършва гимназията и държи реч пред випуска си. Същата година е приет в Софийския университет, специалност философия.
През 1923 г. Далчев публикува стихотворенията „Вечер“, „Здрач“ и „Елегия“ във „Вестник на жената“ и стихотворенията „Есенно завръщане“, „Хижи“ и „Старите моми“ в символистичното списание „Хиперион“. През същата година заедно с Димитър Пантелеев и Георги Караиванов издава поетически сборник „Мост“. През следващите години сътрудничи на сп. „Хиперион“, „Демократически преглед“ и в. „Изток“. Първият си самостоятелен сборник „Прозорец“ издава през 1926 г. Същата година прекарва седем месеца при брат си, скулптора Любомир Далчев, в Рим, където слуша лекции по история на изкуството.
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 др. започват издаването на собствен вестник, „Стрелец“, поставяйки началото на литературния кръг „Стрелец“.