Ато Мухамеджанов родился в Душанбе. Отец актёра был учёным; он являлся учителем Садриддина Айни. Не закончив среднюю школу, в 1957 году поступил на работу в Таджикский академический театр имени А. Лахути. В 1959 году пытался поступить в Ташкентский театрально-художественный институт, но не был принят. В начале 1970-х на студии «Таджикфильм» участвовал в дубляже советских и зарубежных кинофильмов. Первая роль в кино - фильм Тахира Сабирова «...Тот станет всем» (1975). В Курган-Тюбе находится театр имени Ато Мухамеджанова.
