30 Kasım 2007'de Şırnak Valisi, 13 Mayıs 2010'da Ağrı Valisi olarak atanmıştır. Yerlikaya, 3 Ağustos 2012 tarihinde Tekirdağ Valisi olarak atanmıştır. 19 Şubat 2015 tarihinde Gaziantep Valiliği görevine başlamıştır. Ali Yerlikaya 27 Ekim 2018 tarihinde İstanbul Valisi olarak görevlendirilmiştir.
2019 Türkiye yerel seçimleri sonrasında İstanbul seçimlerinin iptali sonucunda 7 Mayıs 2019'da vekaleten İstanbul Büyükşehir Belediye Başkanlığına getirilmiştir. 27 Haziran'da bu görevinden ayrılmıştır. Daha sonra Cumhurbaşkanı Recep Tayyip Erdoğan tarafından İçişleri Bakanı olarak atanmıştır.
Yerlikaya, Hatice Nur Yerlikaya ile evlidir ve dört çocuk babasıdır.