Али-бек Гусензаде родился 24 февраля 1864 года в Сальяны в семье религиозных деятелей. Его дед Ахунд Ахмед Сальяни в течение 32 лет был Шейх-уль-исламом Кавказа. Али-бек первое образование получил в Тифлисской мусульманской школе, затем в Тифлисской классической гимназии. В 1885 году он поступает на физико-математический факультет Санкт Петербургского университета. По окончании университета в 1889 году Гусейнзаде отправляется в Стамбул, где поступает на медицинский факультет Стамбульского университета. После завершения военного образования он работает в качестве военного врача в османской армии, а в дальнейшем — помощником профессора в Стамбульском университете. Являлся одним из основателей партии «Иттихад ве Терреги».
В 1903 году Али-бек вернулся на родину и семь лет прожил в Баку. За это время он активно занимался просветительской и издательской деятельностью, редактировал газету «Хаят», а также какое-то время был главным редактором газеты «Каспий». В 1905 году Али бек Гусейнзаде в составе азербайджанской делегации вместе с Али Мардан-беком Топчубашевым, Фаррух-беком Везировым, Адиль Ханом Зиядхановым и Ахмед-беком Агаевым отправился в Санкт-Петербург на встречу, где участвовали представители всех мусульманских регионов Российской империи, на которой было достигнуто соглашение о создании единой мусульманской партии. В 1906 году Али-бек Гусейнзаде начинает издание журнала «Фиюзат», финансированием издания занимался известный меценат, миллионер Гаджи Зейналабин Тагиев. На страницах журнала Али-бек выступает с резкой критикой царских властей. В 1910 году он решил перебраться в Османскую империю, где в следующем году его избрали членом президиума общества «Иттихад ве Таракки» (Единение и прогресс). В 1918 году Али-бек прибыл в Азербайджан и принял участие в становлении нового государства, он так же представляет молодую республику за границей, в частности вместе с М. А. Расулзаде ведёт переговоры с турецким руководством по вопросу оказания помощи АДР. После падения АДР Гусейнзаде окончательно обосновался в Турции.
В Турции Али-бек Гусейнзаде занимался в основном медициной, он являлся профессором медицины в Стамбульском университете, написал ряд монографий по теме происхождения и методов лечения таких болезней как сифилис и холера. В этот же период он занимался переводами на турецкий язык произведений таких авторов, как Гёте, Эсхила, Адама Смита, Омара Хайяма, Фирдоуси, Шиллера и многих других. Помимо этого Али-бек Гусейнзаде — соавтор «Энциклопедического медицинского словаря».
Али-бек Гусейнзаде являлся талантливым художником: его картины хранятса в частных собраниях, а также в некоторых азербайджанских музеях. Свой талант художника А. Гусейнзаде в полной мере проявил в 1908 году, когда он занимался оформлением первой азербайджанской оперы «Лейли и Меджнун».