Atılgan 1921'de Manisa'da doğdu. Yunanların Manisa’yı işgaliyle (Eylül 1922) ailesi oturdukları dağlık bölgeden Hacırahmanlı’ya göç etti. Atılgan Necâti Bey İlköğretim Okulu ve Balıkesir Lisesi’nden mezun olduktan sonra İstanbul’a giderek İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Türk Dili ve Edebiyatı Bölümü’ne kaydoldu. Burada Ahmet Hamdi Tanpınar, Reşid Rahmeti Arat, Ali Nihat Tarlan, Ragıp Hulusi Özdem ve Halide Edib Adıvar gibi isimlerin öğrencisi oldu.
Atılgan üniversite yıllarında sol öğrenci hareketlerine katılmaktan dolayı bir süre tutuklu kaldı. Daha sonra bitirme tezini tamamlayarak mezun oldu. Bir yıl Akşehir’de bulunan Maltepe Askeri Lisesi’nde edebiyat öğretmenliği yaptıktan sonra Hacırahmanlı köyüne geri döndü (1946).
Babasının ölümüyle çiftlik işleri kendisine kaldı. 1949 yılında evlendi ve 3 yıl sonra köydeki işlerinden feragat ederek edebiyata yoğunlaştı. 1954’te "Ziya Atılgan" ve "Nevzat Çorum" mahlaslarıyla yazdığı 2 hikâyesiyle Tercüman'ın hikâye yarışmasına katıldı. Bu yarışmada, Evdeki adlı hikâyesiyle birinci, Kümesin Ötesi ile yedinci oldu. Kendisiyle özdeşleşen Aylak Adam'la da (1958) Yunus Nadi Roman Ödülü’nde ikincilik aldı. Bu süreçte geniş kitlelerce tanınmaya başladı.
Sonraları hikâye alanındaki yetkinliğini Varlık ve a Dergisi’nde gösterdi. 1973 yılında ikinci romanı Anayurt Oteli'’ni yayımladı. Geçim sıkıntısı yaşadığı dönemlerde tiyatro oyuncusu Serpil Gence ile ikinci evliliğini yaptı (1974). Çeşitli yayınevlerinde redaktörlük yaptığı dönemlerde birtakım çeviriler de yapıyordu. 1987 yılında Anayurt Oteli'nin Ömer Kavur tarafından sinemaya aktarılması tanınırlığının artmasını sağladı.
9 Ekim 1989’da, Canistan'a çalıştığı dönemde, peşi sıra gelen hastalıklar sonrasında kalp krizinden vefat ett. Moda Camii’nde kılınan cenaze namazı sonrasında Bülbülderesi Mezarlığı’na defnedildi.
Atılgan arkasında bıraktığı kısa külliyatla kendinden sonraki kuşakları etkilemeyi başardı. Reşat Nuri Güntekin’in “miskini” (bkz. Miskinler Tekkesi) onun ilk romanında C. karakteri ile Aylak Adam'a döner. Bu romanında insan ve şehir yaşamı psikolojik bir yaklaşımla verilir ve yabancılaşma, yalnızlık ve aile kavramı irdelenir. Bunu bir başkaldırı olarak görenler vardır ve başka bir kült roman olan Tutunamayanlar ile aynı düzleme oturtmak mümkündür.
Anayurt Oteli'ndeki Zebercet karakteri ise yaşadığı anı anlamlandırmaya çalışan insan tipolojisinin bir örneğidir. Bu anlamlandırma “neden ve niçin yaşıyorum sorusu” ile, yalnızlık, aşk ve cinsellik ekseninde gerçekleşir.
Canistan'da yazar bu kez, doğduğu döneme ve coğrafyaya geri döner. Kendi hayatından izler taşıyan ve ölümüyle yarım kalan bu romanda döneminin havasını olaylar, mekânlar ve yerel ağızlar ile yansıtmaya çalışır.
Yazarın eserlerinin telif haklarının Yapı Kredi Yayınları'ndan Can Yayınları'na geçmesi sonrasında, Atılgan'ın el yazısı notlarını, şiirlerini, çevirilerini ve dergilerde kalmış kısa öykülerinden örnekleri içeren Siz Rahat Yaşayasınız Diye adlı eseri yayımlanmıştır. Kitapta, yazarın yok ettiği Eşek Sırtındaki Saksağan adlı roman denemesinin giriş kısmı da bulunmaktadır.
