وُلد علاء ولي الدين في قرية الجندية بمركز بني مزار في محافظة المنيا، وهو ابن الفنان سمير ولي الدين، الذي كان ممثلاً ومديراً عاماً لملاهي القاهرة، أما جده الشيخ سيد ولي الدين فكان مؤسس مدرسة في القرية. تخرج من مدرسة مصر الجديدة الثانوية العسكرية، وحصل عام 1985 على بكالوريوس التجارة من جامعة عين شمس.
بدأ علاء ولي الدين مسيرته الفنية من خلال والده في التلفزيون، حيث شارك في العديد من المسلسلات والسهرات التلفزيونية، ثم برز في أدوار مساندة مع نجوم السينما المصرية، أبرزهم عادل إمام في أفلام "رسالة إلى الوالي" و"الإرهاب والكباب" و"المنسي" و"بخيت وعديلة" و"النوم في العسل"، ومع الفنانة يسرا في أكثر من عمل.
قدم علاء ولي الدين نحو 14 عملا متنوعا بين السينما والتليفزيون والمسرح، وبدأ بأدوار ثانوية في أفلام النجم عادل إمام قبل أن ينطلق نحو البطولة المطلقة بعد نجاحه اللافت، كما شارك في عده كليبات غنائية أبرزها "راجعين" للفنان عمرو دياب إلى جانب نجوم مثل غادة عادل وطلعت زين وعزت أبو عوف وحسين الإمام.
في السينما تألق بعدة أفلام حققت نجاحا كبيرا منها "عبود على الحدود"، الناظر، ابن عز، وقدم مسرحية حكيم عيون، وكان يستعد لفيلم عربي هو عفريتة لكنه لم يكتمل بسبب وفاته ليكون ابن عز آخر أعماله السينمائية التي عرضت للجمهور.
وفي الدراما شارك في العديد من المسلسلات الناجحة منها أصل خمس صور بحار الغربة وانت عامل إيه، أقوي من الطوفان، الزيني بركات، أنا اللي استاهل، وسر الأرض، كما خاض تجربة الفوازير.
كان صاحب دور بارز في دعم العديد من الفنانين حيث كان أحد المساهمين في انطلاقة محمد سعد الذي ظهر معه في بداياته قبل أن يصبح من نجوم الصف الأول إلى جانب دعمه لأحمد حلمي، وكريم عبد العزيز، ومحمود عبد المغني، في عبود على الحدود.
