وی از هنرستان هنرپیشگی تهران فارغ‌التحصیل شد و فعالیت هنری‌اش را در سال ۱۳۳۱ با بازی در تئاتر جامعهٔ باربد آغاز کرد.
نصیریان دوره‌ای را در تئاتر جامعه باربد، زیر نظر استادانی مانند رفیع حالتی و اسماعیل مهرتاش گذراند. همچنین به مدت یک سال کارآموز این گروه تئاتری شد. دو سال بعد نیز دوره یک ساله دیگری را در کلاس‌های تئاتر سعدی به مدیریت حسین خیرخواه گذراند.
وی در این دوران تئاترهای فراوانی مانند امیر ارسلان، بنگاه تئاترال، بازرس، آگهی ازدواج، پهلوان کچل، چوب به دست‌های ورزیل، طلسم حریر، مرد ماهی گیر، استعمال دخانیات ممنوع، مردی که مرده بود و خود نمی‌دانست، عروسی باقرخان، بازی سیاه، آی بی کلاه، آی باکلاه، بهترین بابای دنیا، بیگانه‌ای در خانه و آنتیگون را یا به اجرا رساند و یا در آنها به ایفای نقش پرداخت.
هزاردستان و تئاترهای تلویزیونی مانند سوزن‌بانان از جمله کارهای به یاد ماندنی او است. و در سال ۱۳۳۵ جایزهٔ نخستین مسابقهٔ نمایشنامه‌نویسی را برای نمایش بلبل سرگشته دریافت کرد.
فیلم گاو نخستین فعالیت سینمایی او بوده است. نصیریان در سال ۱۳۸۰ به عنوان یکی از چهره‌های ماندگار ایرانی در رشتهٔ بازیگری تئاتر و سینما شناخته شد.
علی نصیریان در سن ۸۴ سالگی در سی و هفتمین دوره جشنواره فیلم فجر (۱۳۹۷)، سیمرغ بلورین بهترین بازیگر نقش مکمل مرد را برای بازی در فیلم مسخره‌باز کسب کرد و تبدیل به مسن‌ترین فردی شد که این جایزه را دریافت کرده‌است
برخی از آثار علی نصیریان:
- مسخره‌باز (۱۳۹۷)
- امپراطور جهنم (۱۳۹۶)
- حکایت دریا (۱۳۹۵)
- ایران برگر (۱۳۹۳)
- ارتباط خانوادگی (۱۳۸۹)
- شکارچی شنبه (۱۳۸۸)
- پستچی سه بار در نمی‌زند، ۱۳۸۷
- جزیره آهنی، ۱۳۸۳
- شاه خاموش، ۱۳۸۲
- دیوانه‌ای از قفس پرید، ۱۳۸۱
- زندانی ۷۰۷، ۱۳۸۰
- کمیته مجازات، ۱۳۷۷
- برج مینو، ۱۳۷۴
- بوی پیراهن یوسف، ۱۳۷۴
- شعله‌های خشم، ۱۳۷۱
- عشق من ـ شهر من، ۱۳۷۰
- پول خارجی، ۱۳۶۸
- روز باشکوه، ۱۳۶۷
- سال‌های خاکستری، ۱۳۶۷
- ترنج، ۱۳۶۵
- دزد و نویسنده، ۱۳۶۵
- شیر سنگی، ۱۳۶۵
- ناخداخورشید، ۱۳۶۵
- جاده‌های سرد، ۱۳۶۴
- کفش‌های میرزانوروز، ۱۳۶۴
- سربداران، ۱۳۶۳
- کمال الملک، ۱۳۶۲
- جایزه، ۱۳۶۱
- آفتاب نشین‌ها، ۱۳۶۰
- بند، ۱۳۶۰
- فصل خون، ۱۳۶۰
- مدرسه‌ای که می‌رفتیم، ۱۳۵۹
- دایره مینا، ۱۳۵۷
- سرایدار، ۱۳۵۵
- مهرگیاه، ۱۳۵۴
- پستچی، ۱۳۵۱
- ستارخان، ۱۳۵۱
- آقای هالو، ۱۳۴۹
- گاو، ۱۳۴۸